DE10032596C2 - Glasschmelze führender Kanal - Google Patents

Abstract

Es wird ein Glasschmelze führender Kanal beschrieben, der eine hohe Temperaturhomogenität aufweist, bei dem die Sekundärblasenbildung weitgehend vermieden wird und der sich durch hohe Standzeiten auszeichnet. Der Kanal weist einen Innenmantel auf, eine Heizeinrichtung und einen außenliegenden Isoliermantel, wobei der Innenmantel aus einem in Umfangsrichtung nahtlosen Rohr (1) besteht und die Heizeinrichtung das Rohr (1) umschließt und derart ausgebildet ist, daß der Innenmantel während des Erwärmens stromfrei ist. Das Rohr kann aus Platin, einer Platinlegierung, aus Kieselgas oder aus zirkonhaltigen Materialien bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen eine Glasschmelze führenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt, wie Speiserrinne oder Speiserkopf, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aufbau und Beheizung von Glasschmelze führenden Kanälen sind unterschiedlich und richten sich im wesentlichen danach, ob es sich um eine direkte oder indirekte Beheizung handelt.

Eine direkte Beheizung ist beispielsweise aus der DE 34 18 292 A1 bekannt, in der eine Elektrodenanordnung beschrieben wird, die in der Glasschmelze angeordnet ist. Bei einer solchen direkten Beheizung durch Eintauchen von Elektroden in die Glasschmelze bilden sich im unteren Bereich der Rinne Schlieren, so daß dieses Glas verworfen werden muß. Es sind daher in regelmäßigen Abständen Bodenabläufe vorgesehen, um dieses schlierenhaltige Glas ablaufen zu lassen, das dann dem Glaskreislauf wieder zugeführt werden muß. Hierbei ist ein nochmaliges Aufschmelzen des Glases erforderlich, was den Energieeinsatz erheblich erhöht.

Aus der EP 0 167 402 A1 ist eine Speiserrinne bekannt, bei der der Innenmantel aus Mullit besteht. Die Beheizung erfolgt mittels Elektroden, die sich oberhalb der Schmelze über die Speiserrinne erstrecken, so daß die Schmelze von oben erwärmt wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Wirkungsgrad gering ist und daß keine befriedigende Temperaturhomogenität erzielt werden kann.

Aus der DE 35 28 332 A1 ist eine Speiserrinne bekannt, mit der eine homogene Temperaturverteilung im Glasstrom angestrebt wird. Das Rinnenelement besteht aus Zirkon-Mullit oder Sillimanit, das außenseitig von elektrisch leitfähigen, wärmefesten keramischen Heizplatten umgeben ist. Die keramischen Heizplatten bestehen aus Siliciumcarbid und Aluminiumoxid. Für die Stromanschlüsse werden flache plattenförmige Elektroden aus einer Nickel- Chrom-Molybdän-Legierung verwendet. Als besondere Ausführung wird ein Rohrspeiser beschrieben, bei dem Heizplatten allseitig um ein Rinnenelement angeordnet sein können. Der Innenmantel wird aus zwei rechteckigen Rohrelementen gebildet, so daß zwei Fugen vorhanden sind, die für die Glasschmelze korrosionsanfällig sind. Aufgrund der rechteckigen Form der Rohrelemente werden ebene Heizplatten verwendet, die allerdings den Nachteil haben, daß aufgrund der unterschiedlichen Abstände zur Glasschmelze Temperaturinhomogenitäten auftreten können.

Aus der DE-PS 24 61 700 sind Speiserkanäle bekannt, die mit einem feuerfesten Material ausgekleidet sind. Gegen die Außenwand des feuerfesten Materials werden Elektroden angelegt, die beispielsweise aus Nickel-, Chrom- oder Molybdän-Stählen bestehen. Nach außen erfolgt eine Abdichtung mittels einer Isolationsschicht. Bei hohen Temperaturen wird das feuerfeste Material elektrisch leitend, so daß es möglich ist, Strom durch das feuerfeste Material hindurchzuschicken und dieses aufzuheizen. Zur gleichmäßigen Beheizung werden die Elektroden entsprechend der Form des Speisers angeordnet. Diese Beheizung weist allerdings den Nachteil auf, daß infolge einer nie auszuschließenden Rißbildung im feuerfesten Material der einzelne Stromweg durch das Eindringen von Glas in den Riß beeinflußt wird. Es erfolgt dadurch eine Energiekonzentration im Riß und damit eine weitere Ausspülung und Vergrößerung des Risses. Als Folge davon treten Inhomogenitäten in der Glastemperatur auf. In einer besonderen Ausführungsform wird eine Speiserrinne mit kreisförmigem Querschnitt beschrieben, wobei jedoch der Innenmantel ebenfalls aus zwei Halbschalen gebildet wird, so daß dementsprechend auch zwei Fugen vorhanden sind, welche einen Glasaustritt bei hohen Anwendungstemperaturen nicht ausschließen.

Der durch die Fugen gebildete Spalt wird außerdem durch Korrosionseffekte vergrößert. Man spricht hier auch vom sogenannten Spreitungsdruck, den die Glasschmelze ausübt.

Ferner entstehen durch die Beheizung des feuerfesten Materials vagabundierende Ströme, die wiederum das feuerfeste Material angreifen können. Die Zersetzung des Materials wird dadurch begünstigt, was die Standzeit der Rinne beeinträchtigt. Außerdem führen direkte Stromeinleitungen in das feuerfeste Material zu sogenannter Sekundärblasenbildung in Gläsern ohne polyvalente Ionen. Es handelt sich hierbei um Sauerstoffblasen, die die Glasqualität beeinträchtigen.

Das Auftreten von vagabundierenden Strömen kann unterdrückt werden, indem die Speiserrinne mittels um den Innenmantel angeordneten Heizwendeln beheizt wird, wie man der US 3 078 695 sowie für kleine Glasdurchsätze der US 3 466 160 und der JP H 06-345443 A entnehmen kann.

Mit den bisher bekannten Speiserrinnen ist es außerdem nicht möglich, Glasschmelzen zu führen, deren Schmelzpunkt über 1500°C liegt, weil die herkömmlichen Materialien für den Innenmantel nicht die erforderliche Beständigkeit aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kanal zu schaffen, der eine hohe Temperaturhomogenität aufweist, bei dem die Sekundärblasenbildung weitgehend vermieden wird und der sich durch hohe Standzeiten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird mit einem eine Glasschmelze führenden Kanal gelöst, bei dem der Innenmantel aus einem in Umfangsrichtung nahtlosen Rohr besteht.

Die Verwendung von nahtlosen Rohren bietet den Vorteil, daß ein Glasaustritt verhindert und die Korrosionsgefahr verringert wird. Dieses Rohr wird nicht vom Heizstrom durchflossen, so daß bei einer eventuellen Rißbildung keine hohen Energiekonzentrationen auftreten können, die zu einer Verstärkung der Rißbildung führen kann. Die Standzeit des Kanals wird dadurch erheblich vergrößert und die Temperaturhomogenität wird ebenfalls verbessert.

Hierzu trägt auch bei, daß die Heizeinrichtung das Rohr umschließt, so daß der Wärmeeintrag überall gleich groß ist. Denn die Wanddicke des Rohres ist in Umfangsrichtung konstant.

Mehrere erfindungsgemäße Kanäle können hintereinander angeordnet werden und mit feuerfestem Mörtel oder feuerfestem Klebstoff - je nach Kanalmaterial - miteinander verbunden werden, so daß beliebig lange Speiserrinnen oder andere Glasführungseinrichtungen gebaut werden können. Außerdem lassen sich mit den erfindungsgemäßen Kanälen Speiserrinnen oder andere Glasführungseinrichtungen bauen, die einen Glasdurchsatz von bis zu 40 Tonnen/Tag erlauben.

Als Materialien für das nahtlose Rohr kommen solche Materialien in Frage, die die entsprechende Temperaturbeständigkeit aufweisen, beständig gegenüber der Glasschmelze sind und sich zu Rohren verarbeiten lassen.

Vorzugsweise wird für das nahtlose Rohr Platin oder eine Platinlegierung verwendet. Platin wurde zwar an sich bereits als Innenmantel im Stand der Technik verwendet, allerdings nur im Zusammenhang mit einer direkten Beheizung, d. h., daß der Innenmantel von Strom durchflossen war, was allerdings aufgrund des direkten Kontaktes mit der Glasschmelze zu einer erheblichen Blasenbildung geführt hat. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß eine wesentlich geringere Blasenbildung auftritt, wenn das Platinrohr stromfrei ist.

Ein weiteres bevorzugtes Material ist Kieselglas. Dieses Material besitzt hervorragende Eigenschaften bezüglich der Beständigkeit gegenüber der Glasschmelze, wenn der Alkalianteil der Glasschmelze unter 5% liegt. Die Temperaturbeständigkeit reicht bis in den Temperaturbereich über 1500°C. Kieselglas läßt sich durch Gießverfahren zu Rohren verarbeiten.

Bei Gläsern mit Alkaligehalten von mehr als 5 Gew.-% werden vorzugsweise zirkonhaltige Materialien, wie z. B. Zirkonsilicat, für die Herstellung der nahtlosen Rohre verwendet.

Vorteilhafterweise weist die Heizeinrichtung Heizstäbe aus Molybdändisilicid auf, die parallel zur Rohrachse beabstandet um das Rohr angeordnet sind. Ein Kontakt mit dem nahtlosen Rohr findet bei dieser Ausführungsform nicht statt. Die Erwärmung erfolgt durch Strahlungsheizung.

Die Heizstäbe sind vorzugsweise in keramischen Distanzscheiben gelagert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Heizeinrichtung und der Isoliermantel in Strahlungsmodulen integriert, die Heizwendeln aus Molybdändisilicid aufweisen. Vorzugsweise besteht der Isoliermantel bei diesen Strahlungsmodulen aus vakuumgeformtem Keramikfasermaterial.

Wenn das nahtlose Rohr aus elektrisch leitendem Material besteht, wie dies bei Platin oder einer Platinlegierung der Fall ist, sind zwischen dem Rohr und den Heizstäben bzw. den Strahlungsmodulen vorzugsweise Keramikschalen angeordnet, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Heizeinrichtung eine Heizmanschette aus Platin oder Platinlegierung sein, die das Rohr umschließt. Diese Ausführungsform wird dann gewählt, wenn das nahtlose Rohr aus Kieselglas oder Zirkonsilicat besteht.

Nahtlose mit einer Glasschmelze in Kontakt stehende Rohre können dadurch hergestellt werden, daß ein feuerfestes Material schlickergegossen, plasmagespritzt, isostatisch gepreßt oder schmelzgegossen wird.

Im Falle von Zirkonsilicat kann ein Aluminiumrohr mit Zirkonsilicat beschichtet und anschließend das Aluminiumrohr aus dem gebildeten Zirkonsilicatmantel entfernt werden.

Eine weitere Möglichkeit der Herstellung besteht darin, ein Aluminiumrohr in einem Plasmaverfahren mit Zirkonsilicat zu beschichten. Vorzugsweise wird das Aluminiumrohr aus dem Zirkonsilicatmantel herausgezogen oder herausgeätzt.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kanals,

Fig. 2a + 2b einen Vertikalschnitt und eine perspektivische Darstellung eines Kanals gemäß einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen Kanal gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In der Fig. 1 ist ein Kanal perspektivisch dargestellt, der im Zentrum ein nahtloses Rohr 1 mit in Umfangsrichtung konstanter Wanddicke beispielsweise aus Kieselglas aufweist. Um das Rohr 1 sind insgesamt sechs Heizstäbe 3 angeordnet, deren Ausrichtung parallel zur Längsachse des Rohres 1 verläuft. Die Heizstäbe bestehen aus Molybdändisilicid und sind über eine elektrische Anschlußvorrichtung 5, die nach außen herausgeführt wird, an eine Spannungsquelle 6 angeschlossen.

Da es sich bei dieser Anordnung um eine Strahlungsheizung handelt, sind die Heizstäbe in Distanzscheiben 2 aus Keramikmaterial beabstandet zur Außenfläche des Rohres 1 angeordnet. Diese Distanzscheiben stellen auch einen Abstand zum außenliegenden Isoliermantel 4 her, der aus herkömmlichen Isoliermaterialien bestehen kann.

Die durch die Länge der Heizstäbe 3 definierten Heizabschnitte können der Länge des Rohres 1 entsprechen, sie sind jedoch in der Regel kürzer als das Innenrohr 1, um die Temperaturen längs des Rohres individuell einstellen zu können. Vorteilhafterweise wird man das nahtlose Rohr 1 möglichst lang ausführen, um bei einer vorgegebenen Gesamtlänge möglichst wenige Übergänge zu haben. Eine Verbindung von Rohren, beispielsweise zum Ziehkopf (Speiserkopf), oder zu Rohren untereinander, kann über plangeschliffene Flansche (nicht dargestellt) erfolgen, die unter Druckspannung stehen und somit ein Austreten von Glas verhindern.

In der Fig. 2a ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform dargestellt. Das Innenrohr 1 besteht in der hier gezeigten Ausführungsform aus Platin oder einer Platinlegierung, wie Platinrhodium, so daß eine elektrische Isolierung gegenüber den noch zu beschreibenden Strahlungsmodulen 8a, 8b, 9a, 9b notwendig ist. Es handelt sich hierbei um Halbschalen 7a, 7b aus Keramikmaterial, die das Platin- oder Platinlegierungsrohr 1 umschließen. Um diese Keramikhalbschalen 7a, 7b sind die Strahlungsmodule 8a, 8b, 9a, 9b ebenfalls in Form von Halbschalen angeordnet.

Es handelt sich um integrierte Strahlungsmodule, bei denen Heizwendeln 10, die in der Fig. 2a nur schematisch angedeutet sind, in einem Isoliermaterial 4a, 4b integriert sind. Bei dem Isoliermaterial 4a, 4b handelt es sich um vakuumgeformte Keramikfasermaterialien, die in beliebiger Formgestaltung hergestellt werden können, so daß auch insbesondere im Hinblick auf Speiserköpfe eine entsprechende Formanpassung möglich ist. Die Heizwendeln 10 sind jeweils an eine eigene Spannungsquelle 6 angeschlossen.

In der Fig. 2b ist die in der Fig. 2a dargestellte Anordnung perspektivisch dargestellt, wobei die beiden Strahlungsmodule 8a und 8b im Teilschnitt zu sehen sind. Das nahtlose Rohr 1 ist von den beiden Keramikhalbschalen 7a, 7b umschlossen. Die Heizwendeln 10 der Strahlungsmodule 8a, 8b, 9a, 9b sind mit einem Zwischenraum 11 (s. Fig. 2a) beabstandet zur Oberfläche der Keramikhalbschalen 7a, 7b angeordnet. Im Randbereich werden sie vom Isoliermaterial 4a, 4b umschlossen. Die elektrischen Anschlüsse sind nach außen geführt, wo an der Außenseite der Strahlungsmodule 9a, 9b entsprechende elektrische Anschlußelemente 12a, b angeordnet sind. Solche Strahlungsmodule können als Kanthal-Superelemente (Marke der Fa. Kanthal Corp. Bethel Connecticut USA) bezogen werden. Derartige Heizelemente wurden bisher noch nicht für Rinnenbeheizungen eingesetzt, sondern vorzugsweise für Tiegelschmelzöfen, wie dies in der DE 32 24 203 C2 beschrieben wird.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der das nahtlose Rohr 1 beispielsweise aus Kieselglas besteht. Das nahtlose Rohr 1 wird von einer Heizmanschette 13 umschlossen, die aus Platin oder einer Platinlegierung wie Platinrhodium bestehen kann. Die Heizmanschette ist ebenfalls an eine Spannungsversorgung 6 angeschlossen.

Alle drei Ausführungsformen können mit Rohrdurchmessern ausgebildet sein, die einen Glasdurchsatz bis zu 40 Tonnen/Tag erlauben. Außerdem können mehrere Exemplare eine Ausführungsform hintereinander angeordnet werden und die Rohre 1 mit feuerfestem Mörtel oder feuerfestem Klebstoff miteinander verbunden werden, um beliebig lange Speiserrinnen aufzubauen.

Bezugszeichen

1

Rohr

2

Keramikdistanzringe

3

Heizstab

4

,

4

a,

4

b Isoliermantel

5

elektrisches Anschlußelement

6

Spannungsversorgung

7

a,

7

b Keramikhalbschale

8

a,

8

b Strahlungsmodul

9

a,

9

b Strahlungsmodul

10

Heizwendel

11

Zwischenraum

12

a,

12

b elektrisches Anschlußelement

13

Heizmanschette

Claims (10)

1. Glasschmelze führender Kanal mit kreisförmigem Querschnitt, wie Speiserrinne und Speiserkopf, der einen mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Innenmantel, eine Heizeinrichtung und einen außenliegenden Isoliermantel aufweist, wobei die Heizeinrichtung den Innenmantel umschließt und derart ausgebildet ist, daß der Innenmantel während des Erwärmens stromfrei ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel aus einem in Umfangsrichtung nahtlosen Rohr (1) besteht.

2. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus Platin oder einer Platinlegierung besteht.

3. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus Kieselglas besteht.

4. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus zirkonhaltigen Materialien besteht.

5. Kanal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung Heizstäbe (3) aus Molybdändisilicid aufweist, die parallel zur Rohrachse beabstandet um das Rohr (1) angeordnet sind.

6. Kanal nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstäbe (3) in keramischen Distanzringen (2) gelagert sind.

7. Kanal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung und der Isoliermantel (4, 4a, 4b) in Strahlungsmodulen (8a, b, 9a, b) integriert sind, die Heizwendeln (10) aus Molybdändisilicid aufweisen.

8. Kanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermantel (4, 4a, 4b) aus vakuumgeformtem Keramikfasermaterial besteht.

9. Kanal nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (1) und den Heizstäben (3) oder den Strahlungsmodulen (8a, 8b, 9a, 9b) Keramikschalen (7a, b) angeordnet sind.

10. Kanal nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Heizmanschette (13) aus Platin oder Platinlegierung aufweist, die das Rohr (1) umschließt.