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Ofen mit einer Schmelzwanne zum Schmelzen eines verglasbaren Gemisches
Die Erfindung betrifft einen Ofen mit einer Schmelzwanne zum Schmelzen eines verglasbaren
Gemisches und mit einer vertikal angeordneten Wärmeaustauschkolonne zum Vorwärmen der verglasbaren
Ausgangsstoffe durch Entzug der Wärme aus den aus der tiefer als die Wärmeaustauschkolonne gelegenen
Schmelzzone austretenden und im Gegenstrom zu den herabfallenden Ausgangsstoffen durch die Wärmei austauschkolonne nach oben abziehenden heissen Rauchgasen.
In Öfen dieser Art kann den Rauchgasen während des Abströmens durch den Ofenschacht durch die
Ausgangsstoffe umsomehr Wärme entzogen und dem Ofenbetrieb unmittelbar, also praktisch verlustfrei, wieder zugeführt werden, je grösser der Temperaturunterschied zwischen den Rauchgasen und den durch diese fallenden Ausgangsstoffen ist.
In den bekannten Öfen der beschriebenen Art werden die durch den Ofenschacht nach unten fallenden
Ausgangsmaterialien nicht nur durch Wärmeaustausch mit den nach oben abziehenden heissen Rauchgasen, sondern bis zu einer beträchtlichen Höhe oberhalb des Schmelzbadspiegels auch durch die von den ge- schmolzenen Materialien in der Schmelzwanne nach oben abgestrahlte Wärme direkt stark erhitzt, wo- durch der Temperaturunterschied zwischen den Ausgangsstoffen und den Rauchgasen beträchtlich ver- mindert wird.
Die Ausgangsstoffe können daher den Rauchgasen nur einen relativ kleinen Teil ihres
Wärmeinhaltes entziehen, so dass die Rauchgase bei ihrem Austritt aus dem Ofen noch eine beträcht- liche Wärmemenge enthalten, die entweder zur Gänze verlorengeht oder nur auf dem Umweg über ausser- halb des Ofens liegende Wärmerückgewinnungseinrichtungen zurückgewonnen werden kann, wobei natürlich
Verluste nicht vermieden werden können.
Durch die von den geschmolzenen Materialien in der Schmelzwanne nach oben abgestrahlte Wärme werden aber ausserdem die Wände des Rauchgasabzugsschachtes bis zu grosser Höhe stark erhitzt. Ein Teil dieser Wärme geht durch Abstrahlung von diesen Wänden nach aussen verloren, und der Rest dieser Wärme wird von den Wänden nach innen auf die durch den Schacht fallenden Ausgangsstoffe gestrahlt, wodurch diese noch stärker vorerhitzt werden und der Wärmeaustausch mit den Rauchgasen noch weiter ver- schlechtert wird.
Die Erfindung zielt darauf ab, einen Ofen der einleitend beschriebenen Art so auszubilden, dass die dem Ofen zugeführte Wärmeenergie ohne komplizierte und mitverlust arbeitendewärmeiückgewinnungs- einrichtungen praktisch vollständig direkt im Ofenbetrieb ausgenützt werden kann.
Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel im wesentlichen dadurch erreicht, dass bei einem Ofen der einleitend angegebenen Art oberhalb der Schmelzwanne zum Abfangen der von den geschmolzenen
Materialien in Richtung zur Wärmeaustauschkolonne abgestrahlten Wärme ein im wesentlichen waag- rechter, aus feuerfestem Material bestehender Schirm angeordnet ist, dessen Unterseite als Reflexions- fläche zum Rückstrahlen dieser Wärme gegen das geschmolzene Material in der Schmelzwanne ausge- bildet ist.
Durch den oberhalb der Schmelzwanne angeordneten Schirm wird die von den geschmolzenen
Materialien in die Vorwärmzone abgestrahlte Hitze abgefangen und in die Schmelzwanne reflektiert, welche die geschmolzenen Materialien enthält. Auf diese Weise werden mehrere Vorteile erzielt. Einer- seits wird die Temperatur der Wände der Vorwärmzone verringert, und infolgedessen werden auch die
Wärmeverluste über diese Wände herabgesetzt. Anderseits wird gewährleistet, dass das Anwärmen des
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Gemisches nahezu ausschliesslich durch die in den Rauchgasen enthaltene Wärme erfolgt, und es wird auf diese Weise die bestmögliche Wiedergewinnung dieser Wärme erzielt.
Schliesslich wird die den ge- schmolzenen Materialien durch Abstrahlung entzogene Wärmemenge durch Reflexion der Strahlung an der Unterseite des Schirmes der Schmelze wieder zugeführt, so dass diesen Materialien weniger Wärme als bisher zugeführt zu werden braucht, um die für die Verarbeitung derselben erforderliche Temperatur aufrechtzuerhalten.
Der Schirm kann aus einem einzigen Teil bestehen, der mit einer Öffnung für den Durchgang der
Rauchgase und des Gemisches versehen ist. Vorteilhaft besteht jedoch der Schirm aus mehreren getrennten
Teilen, die in verschiedenen Höhen angeordnet sind und einander mit ihren freien Randteilen teilweise ) überdecken. Zwischen den verschiedenen Teilen ist ein zickzackförmiger Durchlass vorgesehen, der den
Rauchgasen und dem Gemisch ermöglicht, den Schirm zu passieren, während die von den geschmolzenen
Materialien in der Schmelzwanne ausgehende Strahlung aufgefangen wird.
Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung ist die Schmelzwanne, welche die geschmolzenen
Materialien enthält, in seitlicher Richtung relativ zur Wärmeaustauschkolonne versetzt und von einem i Schirm überdeckt, der an der Aussenseite der Vorwärmkolonne angeordnet ist, wobei die Vorwärmkolonne und die Schmelzwanne durch einen seitlichen Durchlass miteinander verbunden sind, der am oberen Ende der vom Schirm überdeckten Schmelzwanne und am unteren Ende der Vorwärmkolonne liegt. In der Vor- wärmkolonne kann hiebei ausserdem in der vorstehend beschriebenen Weise ein Schirm angeordnet werden, der auch noch die von der Schmelzwanne herkommende indirekte Strahlung auffängt.
Auch bei dieser Anordnung ermöglicht ebenso wie bei der vorhergehenden die Verbindungsöffnung zwischen den beiden
Teilen des Ofens den Durchgang der Rauchgase und des Gemisches. Diese Verbindungsöffnung ist jedoch derart angeordnet, dass die Strahlung der. Masse der geschmolzenen Materialien nicht hindurchgehen kann, um das in der Austauschkolonne fallende Gemisch zu erhitzen.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die der geschmolzenen Masse in der Schmelz- wanne zugekehrte Seite des aus feuerfestem Material bestehenden Schirmes mit einer Schicht aus einem
Material mit hohem Reflexionsvermögen überzogen, beispielsweise mit einem Edelmetall, wie Platin.
Durch diese Ausbildung wird die auf die geschmolzenen Materialien reflektierte Wärmemenge noch er- höht, und es wird eine übermässige Erhitzung des reflektierenden Schirmes vermieden.
In der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 2 zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsge- mässen Ofens im Längsschnitt dargestellt.
Der Ofen gemäss Fig. 1 besteht aus einem Mantel 1 aus feuerfestem Material, der im unteren Teil die Schmelzwanne 2 und oberhalb derselben die Wärmeaustauschkolonne 3 bildet. Am oberen Ende der
Kolonne 3 befindet sich die Einfüllöffnung 4 des Ofens, die durch eine Klappe 5 verschlossen ist. Etwas unterhalb der Öffnung 4 ist eine Öffnung 6 vorgesehen, durch welche die aus dem Ofen austretenden
Rauchgase in den Schornstein abgeführt werden. Die Ausgangsmaterialien, welche das verglasbare Gemisch bilden, werden durch die Öffnung 4 in den Ofen eingeführt und fallen durch die Kolonne 3 in dieSchmelz- wanne 2, in welcher sie eine Masse 8 des geschmolzenen Glases bilden, das durch den Kanal 9 abgeführt wird. Die Schmelzwanne 2 ist mit Brennern 10 versehen, durch welche brennbare Gase in das ge- schmolzene Glas 8 eingeblasen werden.
Die Gase steigen dann in der Kolonne 3 nach oben, wobei sie die fallenden Körner des Gemisches erhitzen und schliesslich durch die Öffnung 6 in den Schornstein ab- geführt werden.
Gemäss der Erfindung ist im oberen Teil des Schmelzwanne oberhalb der Masse 8 des geschmolzenen
Glases ein Schirm 11 aus feuerfestem Material angeordnet, der auf einen Teil des Querschnitts des Ofens beschränkt ist, so dass ein Durchlass 12 für den Durchgang der Rauchgase und des Gemisches frei bleibt.
Vorzugsweise ist in geringem Abstand oberhalb des Schirmes 11 ein ähnlicher Schirm 13 angeordnet, der aber entgegengesetzt gerichtet ist, so dass der Schirm 13 den Durchlass 12 überdeckt und der Durchlass 14 neben dem Schirm 13 sich in senkrechter Richtung oberhalb des Schirmes 11 befindet. Durch diese An- ordnung wird für die Rauchgase und die Kolonne des Gemisches eine Verbindung zwischen der Schmelz- wanne 2 und der Kolonne 3 hergestellt, die aus den Durchlässen 12 und 14 und aus dem zwischen den
Schirmen 11 und. 13 liegenden Kanal 15 besteht.
Die von der Glasmasse 8 herkommende Strahlung wird durch die beiden Schirme 11 und 13 vollständig aufgefangen und auf die Glasmasse reflektiert. Die
Schirme sind auf. der Oberseite mit einer geböschten Ansammlung 16 des Gemisches bedeckt.
Eine abgeänderte Ausführungsform des Ofens ist in Fig. 2 dargestellt, in welcher gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen sind. Gemäss Fig. 2 sind die Schmelzwanne 2 und die Kolonne 3 nicht in der gegenseitigen Verlängerung angeordnet, vielmehr ist die Schmelzwanne 2 relativ zum unteren Ende der Kolonne 3. in seitlicher Richtung versetzt. Die Schmelzwanne 2 wird von einem
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Gewölbe 17 überdeckt, welches den reflektierenden Schirm bildet, während die Kolonne 3 am unteren
Ende durch eineBodenwand 18 abgeschlossen ist, wobei das Gewölbe 17 und die Bodenwand 18 einen Teil des Ofenmantels 1 bilden. Das obere Ende der Schmelzwanne 2 ist mit dem unteren Ende der Kolonne 3 durch einen Durchlass 19 verbunden, der den Körnern des Gemisches und den Rauchgasen als Durchgang dient.
Auch bei dieser Anordnung wird die Strahlung der Masse 8 des geschmolzenen Glases durch das
Gewölbe 17 aufgefangen und auf die Masse 8 reflektiert. Diese Anordnung wird noch verbessert, wenn in der Nähe des unteren Endes der Austauschkolonne 3 ein Schirm 11 angeordnet ist. Dieser Schirm fängt dann auch noch eine allenfalls aus der Schmelzwanne 2 in die Kolonne 3 gerichtete indirekte Strahlung auf und verhindert ausserdem die Verstopfung des Durchlasses 19 durch das Gemisch, das sich auf der Bodenwand 18 ansammelt.
Gemäss einer sehr vorteilhaften Anordnung werden die Unterseiten 20 der Schirme 11,13 oder des
Gewölbes 17 mit einer Schicht aus einem Material mit hohem Reflexionsvermögen überzogen. Als solches wird beispielsweise ein Edelmetall verwendet, wie Platin. Dadurch wird die auf die Masse 8 reflektierte
Wärmemenge vermehrt und anderseits die Erhitzung der Schirme oder des Gewölbes verringert sowie auch die Wärmemenge herabgesetzt, die durch das Gewölbe 17 verloren geht.
Die Erfindung ist nicht auf diedargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen be- schränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ofen mit einer Schmelzwanne zum Schmelzen eines verglasbaren Gemisches und mit einer vertikal angeordneten Wärmeaustauschkolonne zum Vorwärmen der verglasbaren Ausgangsstoffe durch
Entzug der Wärme aus den aus der tiefer als die Wärmeaustauschkolonne gelegenen Schmelzzone aus- tretenden und im Gegenstrom zu den herabfallenden Ausgangsstoffen durch die Wärmeaustauschkolonne nach oben abziehenden heissen Rauchgasen, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Schmelzwanne (2) zum Abfangen der von den geschmolzenen Materialien (8) in Richtung zur Wärmeaustauschkolonne (3) abgestrahlten Wärme ein im wesentlichen waagrechter, aus feuerfestem Material bestehender Schirm (11,13, 17) angeordnet ist, dessen Unterseite (20) als Reflexionsfläche zum Rückstrahlen dieser Wärme gegen das geschmolzene Material (8) in der Schmelzwanne (2)
ausgebildet ist.
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Furnace with a melting tank for melting a vitrifiable mixture
The invention relates to a furnace with a melting tank for melting a vitrified one
Mixture and with a vertically arranged heat exchange column for preheating the vitrifiable
Starting materials by removing the heat from the lower than the heat exchange column
Melting zone exiting and in countercurrent to the falling starting materials through the heat exchange column upward withdrawing hot flue gases.
In ovens of this type, the flue gases can flow through the oven shaft through the
The greater the temperature difference between the flue gases and the raw materials falling through them, the more heat is withdrawn and fed back to the furnace operation immediately, i.e. practically without loss.
In the known ovens of the type described, the falling down through the oven shaft
Starting materials not only heated up by heat exchange with the hot flue gases that are drawn off upwards, but also up to a considerable height above the molten bath level by the heat radiated upwards by the molten materials in the melting tank, which results in the temperature difference between the starting materials and the smoke gases are reduced considerably.
The starting materials can therefore only be a relatively small part of their flue gases
Withdraw heat content, so that the flue gases still contain a considerable amount of heat when they exit the furnace, which is either lost in its entirety or can only be recovered indirectly via heat recovery devices located outside the furnace, whereby of course
Losses cannot be avoided.
Due to the heat radiated upwards from the melted materials in the melting tank, the walls of the flue gas exhaust duct are also heated up to a great height. Part of this heat is lost through radiation from these walls to the outside, and the rest of this heat is radiated from the walls inwards onto the starting materials falling through the shaft, whereby these are preheated even more and the heat exchange with the flue gases is further reduced. gets worse.
The aim of the invention is to design a furnace of the type described in the introduction in such a way that the thermal energy supplied to the furnace can be used almost completely directly in furnace operation without complicated and lossy heat recovery devices.
According to the invention, this object is essentially achieved in that, in a furnace of the type specified in the introduction, above the melting tank to intercept the melted
Materials in the direction of the heat radiated in the direction of the heat exchange column an essentially horizontal screen made of refractory material is arranged, the underside of which is designed as a reflective surface for reflecting this heat against the melted material in the melting tank.
Due to the screen arranged above the melting tank, the
Heat radiated from materials in the preheating zone is intercepted and reflected into the melting tank, which contains the molten materials. Several advantages are achieved in this way. On the one hand, the temperature of the walls of the preheating zone is reduced and, as a result, the
Reduced heat losses through these walls. On the other hand, it is guaranteed that the heating of the
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Mixture takes place almost exclusively through the heat contained in the flue gases, and the best possible recovery of this heat is achieved in this way.
Finally, the amount of heat withdrawn from the molten materials by radiation is returned to the melt by reflection of the radiation on the underside of the screen, so that these materials need less heat than before in order to maintain the temperature required for processing them.
The screen can consist of a single part with an opening for the passage of the
Smoke gases and the mixture is provided. However, the screen advantageously consists of several separate ones
Parts that are arranged at different heights and partially cover each other with their free edge parts. A zigzag-shaped passage is provided between the various parts, which the
Flue gases and the mixture allows to pass the screen while that of the melted
Radiation emitted from materials in the melting tank is captured.
In a modified embodiment of the invention, the melting tank is the melted
Contains materials, offset in the lateral direction relative to the heat exchange column and covered by a screen which is arranged on the outside of the preheating column, the preheating column and the melting tank being connected to one another by a lateral passage, which is at the upper end of the melting tank covered by the screen and is at the lower end of the preheating column. In the preheating column, a screen can also be arranged in the manner described above, which screen also collects the indirect radiation coming from the melting tank.
In this arrangement, too, as in the previous one, the connecting opening between the two enables
Divide the furnace the passage of the flue gases and the mixture. However, this connection opening is arranged such that the radiation of the. Mass of the molten materials cannot pass through to heat the mixture falling in the exchange column.
According to a special feature of the invention, the side of the screen made of refractory material facing the molten mass in the melting tank has a layer of one
Highly reflective material coated with, for example, a precious metal such as platinum.
As a result of this design, the amount of heat reflected on the molten materials is increased even further, and excessive heating of the reflective screen is avoided.
In the drawing, two exemplary embodiments of the furnace according to the invention are shown in longitudinal section in FIGS. 1 and 2.
The furnace according to FIG. 1 consists of a jacket 1 made of refractory material, which forms the melting tank 2 in the lower part and the heat exchange column 3 above it. At the top of the
Column 3 is the filling opening 4 of the furnace, which is closed by a flap 5. Somewhat below the opening 4 there is an opening 6 through which the exit from the furnace
Flue gases are discharged into the chimney. The starting materials which form the vitrifiable mixture are introduced into the furnace through the opening 4 and fall through the column 3 into the melting tank 2, in which they form a mass 8 of molten glass which is discharged through the channel 9. The melting tank 2 is provided with burners 10 through which combustible gases are blown into the molten glass 8.
The gases then rise up in column 3, heating the falling grains of the mixture and finally being discharged through opening 6 into the chimney.
According to the invention is in the upper part of the melting tank above the mass 8 of the molten
Glass a screen 11 made of refractory material is arranged, which is limited to part of the cross section of the furnace, so that a passage 12 remains free for the passage of the flue gases and the mixture.
A similar screen 13 is preferably arranged at a short distance above the screen 11, but is directed in the opposite direction, so that the screen 13 covers the passage 12 and the passage 14 is next to the screen 13 in the vertical direction above the screen 11. This arrangement creates a connection for the flue gases and the column of the mixture between the melting tank 2 and the column 3, which is formed from the passages 12 and 14 and from the one between the
Screens 11 and. 13 lying channel 15 consists.
The radiation coming from the glass mass 8 is completely absorbed by the two screens 11 and 13 and reflected onto the glass mass. The
Umbrellas are up. the top covered with a sloping accumulation 16 of the mixture.
A modified embodiment of the furnace is shown in FIG. 2, in which the same parts are provided with the same reference numbers as in FIG. According to FIG. 2, the melting tank 2 and the column 3 are not arranged in the mutual extension, rather the melting tank 2 is offset in the lateral direction relative to the lower end of the column 3. The melting tank 2 is from a
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Vault 17 covers, which forms the reflective screen, while the column 3 at the bottom
End is closed off by a bottom wall 18, the vault 17 and the bottom wall 18 forming part of the furnace shell 1. The upper end of the melting tank 2 is connected to the lower end of the column 3 by a passage 19 which serves as a passage for the grains of the mixture and the flue gases.
With this arrangement, too, the radiation of the mass 8 of the molten glass is transmitted through the
Vault 17 caught and reflected on the mass 8. This arrangement is further improved if a screen 11 is arranged in the vicinity of the lower end of the exchange column 3. This screen then also collects any indirect radiation directed from the melting tank 2 into the column 3 and also prevents the passage 19 from being blocked by the mixture that collects on the bottom wall 18.
According to a very advantageous arrangement, the undersides 20 of the screens 11, 13 or
Vault 17 covered with a layer of a material with high reflectivity. A noble metal such as platinum is used as such. This is reflected on the mass 8
Increased amount of heat and, on the other hand, reduced the heating of the screens or the vault and also reduced the amount of heat that is lost through the vault 17.
The invention is not restricted to the illustrated and described exemplary embodiments, which can be modified in various ways without departing from the scope of the invention.
PATENT CLAIMS:
1. Furnace with a melting tank for melting a vitrifiable mixture and with a vertically arranged heat exchange column for preheating the vitrifiable starting materials
Withdrawal of heat from the hot flue gases emerging from the melting zone located deeper than the heat exchange column and being withdrawn in countercurrent to the falling starting materials through the heat exchange column, characterized in that above the melting tank (2) to intercept the melted materials ( 8) a substantially horizontal screen (11, 13, 17) made of refractory material is arranged in the direction of the heat exchange column (3), the underside (20) of which serves as a reflective surface for reflecting this heat against the molten material (8) in the melting tank (2)
is trained.