Verfahren und Ofen zum Schmelzen und Läutern von Glas und anderem Material. Ein grosser Teil des heute hergestellten Glases wird in Wannen von mehreren Ton nen Inhalt geschmolzen und geläutert. Die Rohmaterialien werden an einem Ende des Ofens eingeführt und durch Hitze zum Schmelzen gebracht, die auf die Oberfläche der Schmelzmasse zur Einwirkung gelangt. Beim Schmelzen und Läutern bewegt das Glas sich langsam durch den Ofen vorwärts, wobei die Aiasse eine Tiefe von etwa einen Meter haben kann. Durch einen langsamen Läuterprozess wird eine grosse Menge von Gasblasen veranlasst, an die Oberfläche des Glases zu steigen und zu entweichen.
Von der Zeit des Einbringens der Rohcharge in den Ofen bis zum beendeten Läutern vergehen ge wöhnlich mehrere Stunden. Diese für das Läutern erforderliche lange Zeit ist zum Teil dadurch bedingt, dass die Gasblasen während des Schmelzvorganges, von Konvektionsströ- men mitgenommen, in erhebliche Tiefen ge langen, wobei ein grosser Teil der Gase sich infolge des auf sie wirkenden Druckes in dem Glas löst. Infolge des zähflüssigen trä gen Charakters des geschmolzenen Glases steigen die ungelösten Gase nur langsam an die Oberfläche.
Die Säule des geschmolzenen Glases übt auf die in ihm befindlichen Gas blasen einen so erheblichen Druck aus, dass deren Grösse verkleinert und die Trägheit und Schwierigkeit, mit welcher sie entweichen, vergrössert werden. Beim Hochsteigen des un tern Teils des geschmolzenen Glases an die Oberfläche bilden die in ihm gelösten Gase zum grossen Teil wieder Blasen, die zur Er zielung einer vollkommenen Läuterung ent fernt werden müssen.
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, diese Nachteile zu beseitigen. Sie be steht in einem Verfahren und einem Ofen zum Schmelzen und Läutern von Glas und anderem Material, z. B. Mineralien, Silikaten und Schlacken.
Das Verfahren besteht darin, dass das Material geschmolzen, dann in einer Schicht über eine Fläche, die zweckmässig senkrecht odere geneigt angeordnet ist, geleitet und die Schicht dabei so dünn gehalten und so stark erhitzt wird, dass in dem Material enthaltene Gase entweichen.
Der Ofen gemäss der Erfindung zur Aus führung des Verfahrens besitzt innerhalb des Einsatzraumes mit Abstand von den Ofen wänden ein oben offenes Gehäuse aus einem gegen die Schmelz- und Läutertemperaturen von Glas beständigen Stoff, welches eine Läuterkammer bildet.
In der Zeichnung sind beispielsweise Aus führungsformen eines Ofens gemäss der Er findung für Glas dargestellt. Anhand der selben wird auch das Verfahren beispiels weise erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Ofen, Fig. 2 einen Schnitt durch denselben nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch die Heiz- elemente in einer etwas abgeänderten Aus führung, Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil eines Ofens von vereinfachter Ausführung und Fig. 5 einen Schnitt durch einen Teil eines Ofens,
der eine noch andere Ausfüh rung besitzt.
Wie insbesondere aus Fig. 1 und 2 er sichtlich, besitzt der Ofen Endwände 10, Sei tenwände 11 und einen Boden 12 aus feuer festem Material. sowie einen den Ofen ein schliessenden Metallmantel 13. In dem Ofen sind elektrische Widerstände 14 -und 15 an gebracht, welche als Heizelemente zum Schmelzen und Läutern des Einsatzes 16 die nen, der beispielsweise aus einer Mischung von Rohstoffen und Scherben, wie in der Glasherstellung üblich, bestehen kann. Das äussere Heizelement 14 dient hauptsächlich zum Heizen und Schmelzen des Einsatzes, während das innere Heizelement 15 der Läu terung dient.
Diese elektrischen Widerstände sind aus einem Metall oder einer Metallegie rung hergestellt, welche sowohl gegen die hohen Temperaturen, wie auch gegen die ehe- mische Einwirkung der behandelten Stoffe widerstandsfähig ist. Für das Schmelzen und Läutern von Glas ist besonders eine Platin- Rhodiumlegierung geeignet. Sehr gute Er gebnisse wurden mit einer Legierung aus <B>90%</B> Platin und 10% Rhodium erzielt.
Das äussere Heizelement 14 hat die Form einer Haube, welche zum grossen Teil das innere Heizelement 15 umgibt. Die Haube be sitzt senkrechte Seitenwände 14a, Endwände 14b und ein Dach 14e, welches aus schräg nach oben zusammenlaufenden Wänden be steht. Ein Abzugrohr 17 dient. zur Abfüh rung der Gase, die während des Schmelzens und Läuterns des Glases frei werden. Das un tere Ende der Haube 14 ist offen und liegt in einem gewissen Abstand oberhalb des Bodens des Ofens.
Das innere Heiz- und Läuterelement 15 ist ein rechteckiger gasten mit. senkrechten Seiten- und Endwänden, die einen gewissen Abstand von den Wänden 14a und 14b des äussern Heizelementes haben und zu diesem parallel laufen. In der gezeigten Ausfüh rung gehen die Seitenwände des Elementes 15 senkrecht bis zum Ofenboden und laufen dann nach innen aufeinander zu. Diese zu sammenlaufenden Wände bilden eine trog artige Verlängerung 18, welche ein Futter für eine entsprechend geformte Öffnung des Ofenbodens bildet.
Dieser Trog bildet einen Vorratsraum 19, in welchem sich geläutertes Glas ansammelt und aus dem dieses durch Öffnungen 20 im Boden des Futters 18 aus fliesst.
Der Ausfluss des geschmolzenen Glases durch die Öffnungen 20 erfolgt in einer Reihe von dünnen Stömen 21. Diese austre tenden Ströme werden der Wirkung eines Gebläses 22 unterworfen, durch welches die Ströme fortlaufend ausgezogen und zu sehr feinen Fasern 23 umgewandelt werden. An Stelle des Gebläses 22 können irgendwelche andere Mittel zum Ziehen der Fäden Anwen dung finden.
In seinem obern Teil besitzt das Läuter- element 15 eine Vielzahl von kleinen Löchern 15a, so dass hier ein Sieb entsteht, welches dem geschmolzenen Glas den Durchfluss ge stattet, aber Gasblasen ausscheidet.
Die Widerstände 14 und 15 werden durch Wechselstrom beheizt. Die Stromzuführung erfolgt von Sammelschienen 28 über die An schlussklemmen 29 zu dem Widerstand 15. Zu dem Widerstand 14 erfolgt die Stromza- fuhr durch Klemmen 31, welche durch Leiter 32 mit den Klemmen 29 des Widerstandes 15 verbunden sind. Auf diese Weise sind die Widerstände bezw. Heizelemente 14 und 15 parallel geschaltet. Es kann aber auch jedes der Elemente für sich getrennt an eine Stromquelle angeschlossen sein und so eine unabhängige Heizung der Elemente erfolgen.
Zur Erzielung einer geeigneten Vertei lung des elektrischen Stromes in den Heiz- elementen sind gewisse Teile der Wände durch leitendes Material 34 überdeckt. Diese Deckstreifen können aus dem gleichen Stoff wie die Wände selbst bestehen und an diesen angeschweisst sein oder ein Stück mit ihnen bilden. Wenn die Wände überall eine gleich mässige Dicke haben, so ergibt sich eine un gleichmässige Verteilung des durch sie flie ssenden elektrischen Stromes. und der durch diesen Strom erzeugten Hitze. Es besteht die Neigung, dass in der Nähe der Klemmen 31 eine übermässige Erhitzung stattfindet, wäh rend die Beheizung an den untern Teilen der Seitenwände 14a geringer ist.
Durch eine ge eignete Anordnung der Leitstreifen 34 wird diese Schwierigkeit behoben und eine be friedigende Verteilung der Hitze aufrecht erhalten.
Der Ofen gemäss den Fig. 1 und 2 arbei tet wie folgt: Der aus Rohstoffen, gegebenen falls mit einem Zusatz von Scherben, be stehende Einsatz 16 wird oben in den Ofen eingebracht und sinkt während des Schmelz vorganges allmählich nach unten ab. Durch den elektrischen Strom wird die Haube 14 auf einer genügend hohen Temperatur gehal ten, um das sich um die Haube abwärts be wegende Material zu schmelzen. Die von den Wänden 14a der Haube ausgestrahlte Hitze wird nahezu restlos von der zwischen ihr und den Ofenwänden 11 liegenden Materialcharge aufgenommen, so dass kaum ein Entweichen von Hitze zu diesen Wänden und durch diese Wände stattfindet.
Das geschmolzene Glas geht um das untere Ende der Haube 14 herum und steigt zwischen ihr und dem das innere Heiz- bezw. Läuterelement bildenden Gehäuse 15 hoch.
Der Raum zwischen den Wänden der bei den Heizelemente ist so eng, dass das Glas sich in einer verhältnismässig dünnen Schicht aufwärts bewegt und auf eine hohe Tempe ratur gebracht wird, bei welcher es einen hochflüssigen Zustand erlangt. Hierdurch wird das Entweichen von Gasen aus dem auf steigenden Glas erleichtert.
Das hochflüssige Glas geht durch das Sieb 15a, welches aber die Gasblasen nicht durchtreten lässt. Infolge der Oberflächen spannung behalten die Gasblasen Kugelform, so dass sie sich nicht längen und durch die Öffnungen des Siebes treten können.
Das Glas, welches durch das Sieb hin durchgeht, fliesst auf den Innenseiten des Läuterelementes 15 in Form einer dünnen Schicht oder Lage 40 nach unten und sam melt sich in dem Raum 18. In diesem entsteht ein Vorrat 41 geläuterten Glases, welches durch die Öffnungen 20 ausfliesst.
Das Gas, welches die kleinen Blasen bil det, steht im Schmelzraum, besonders in grö sseren Tiefen desselben, unter beträchtlichem Druck. Dieser Druck hat das Bestreben, das Gas zu zwingen, mit dem Glas in Lösung zu gehen. Fliesst dann das Glas in einer dünnen Schicht 40 über die Innenfläche des Gehäu ses 15, so hat das Gas, welches an der Ober fläche der Blasen sich im Glas löst, nur einen sehr geringen Weg zurückzulegen, um an die Oberfläche dieser Glasschicht zu gelangen; wo es entweicht. Auf diese Weise werden die kleinen Gasblasen sehr schnell durch den ein fachen Vorgang zum Verschwinden gebracht, dass sie im Glas in Lösung gehen und an der Oberfläche der dünnen Glasschicht ent weichen.
In der sehr hoch erhitzten Kammer, wel che der Innenraum des Teils 15 bildet, ist die Bildung einer Haut auf der Oberfläche des Glases durch Abkühlung, die das Entwei- ehen der Gase behindern würde, verhütet. Die Temperatur der Luft oder des Gases innerhalb des Raumes zwischen den Heiz und Läuterelementen ist etwa gleich derjeni gen des Glases. welches über die Innenseite des Läuterelementes 15 nach unten fliesst.
Ein weiterer Faktor. welcher die schnelle Läuterung oder Entfernung der Gase aus dem Glas erleichtert, ist die Verhütung oder Beseitigung von Wegführungsströmen. Der artige Ströme werden dadurch verhütet, dass die Innenfläche des feststehenden Teils 15, über welche das flüssige Glas sich bewegt, infolge der geringen Dicke der fliessenden Glasschicht so nahe an allen Teilen des Gla ses selbst liegt, dass sich der Bewegung von etwa sieh bildenden Wegführungsströmen er hebliche Reibung entgegensetzt.
Wie sieh aus den Zeichnungen ersehen lässt, bewegt sieh das Glas während des Schmelz- und Läutervorganges auf einem Ziekzackweg. Die Rohcharge geht zunächst längs der Aussenseite des Schmelzelementes 14 abwärts, dann zwischen den Wänden des Schmelz- und des Läuterelementes nach oben und hierauf innerhalb des Läuterelementes 15 wieder nach unten. Während dieser Be wegung wird das Material abgestuften Tem peraturzonen ausgesetzt, und zwar herrscht die niedrigste Temperatur ausserhalb des äussern Heizelementes 14 und die höchste Temperatur auf den Innenseiten des Läuter- elementes 15.
Während die Glasschicht 40 über die Innenseiten des Läuterelementes ab wärts fliesst, kommt sie auf eine höhere Tem peratur als im Sammelraum 41 erforderlich ist. Dieser Überschuss an Hitze wird nach aussen durch die Wände 15 auf die Glas charge übertragen und steigert dadurch die Temperatur der letzteren, und zwar insbeson dere desjenigen Teils, der sich zwischen den Wänden der beiden Heizelemente aufwärts bewegt.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist im obern Teil des Läuterelementes 15 kein Sieb gebildet. Das Glas steigt deshalb bis zur obern Kante 15b des Elementes 15 und tritt dort in Form einer dünnen Schicht in das letztere über. Gasblasen, wenn nicht ausserge- wöhnlich klein, werden beim Hinübergehen über die Kante 15b derart gestreckt, dass sie platzen und damit aufgelöst werden.
Ganz feine Gasblasen oder im Glas in Lösung be findliche Gase werden beim Fliessen der Glas schicht über die Innenseite des Läuterelemen- tes 15 in der beschriebenen Weise ausge schieden.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 4 er streckt sich das Läuterelement 15 durch den Boden 12 des Ofens nach unten hinaus, wäh rend das obere Ende des Elementes sich in einer gewissen Höhe über dem Ofenboden be findet. Das geschmolzene Glas sammelt sich und bildet einen Vorrat 50. Aus diesem kann es fortlaufend über die obere Kante 15b und in Form einer Schicht. 40 über die Innenseite des Heizelementes nach unten fliessen. wobei es in der angegebenen Weise erhitzt und ge läutert wird.
Bei der Konstruktion nach Fig. 5 befin det sich ein Glasvorrat 51 über einem Zwi schenboden 52, der einen gewissen Abstand von dem eigentlichen Ofenboden hat. Durch schräge Wandteile 53 bildet der Zwischen boden einen engen Auslassschlitz 54. Durch den Schlitz 54 ist nach unten hängend, etwa in Form einer Platte, ein elektrischer Wider stand 55 aus Platin-Rhodiium oder dergl. vor gesehen. Dieser Widerstand 55 wird elek trisch beheizt und auf einer hohen Tempera tur gehalten.
Das Glas fliesst durch den Schlitz 54 in Schichtform über die entgegen gesetzten Seiten des Widerstandes und wird dabei in der vorbeschriebenen Weise ge läutert. Das geläuterte Glas sammelt sich in einem Brunnen 56, aus dem es durch einen geeigneten Auslass ausfliessen oder abgezogen werden kann. Der Zwischenboden kann, falls gewünscht, ebenfalls elektrisch geheizt wer den, um den Schmelz- und Läutervorgang zu unterstützen.