DE10200234C1 - Device for refining a glass melt comprises a tower-like low-pressure refining chamber and a unit for equalizing deviations in the glass height - Google Patents
Device for refining a glass melt comprises a tower-like low-pressure refining chamber and a unit for equalizing deviations in the glass heightInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Läutern einer Glasschmelze mit einer turmartigen Unterdruck-Läuterkammer, der ein Steigschacht für die Zufuhr einer zu läuternden Glasschmelze zu einer Läuterbank der Unterdruck-Läuterkammer sowie ein Fallschacht für das Austragen der geläuterten Glasschmelze aus der Läuterbank zwecks Weiterverarbeitung zugeordnet ist, und mit einer Einrichtung zum Ausgleich von Schwankungen im Glasstand.The invention relates to a device for refining a Glass melt with a tower-like vacuum refining chamber, the one Rising shaft for supplying a glass melt to be refined to one Refining bank of the vacuum refining chamber and a chute for that Discharge of the refined glass melt from the refining bench for the purpose Further processing is assigned, and with a facility for compensation of fluctuations in the glass level.
Beim Schmelzen von Glas entstehen als Folge der chemischen Umsetzung der Ausgangsstoffe, des Gemenges, beachtliche Mengen an Gasen. Eine grobe Schätzung besagt, daß man aus 1.2 kg Gemenge etwa 1 kg Glas erschmilzt, d. h. während des Einschmelzens ≈1/5 des Gemengegewichts in Form von Gas freigesetzt werden. Andere Gase werden körperlich durch das Gemenge mitgeführt oder durch die Verbrennungs-Wärmequellen in das schmelzende Glas eingebracht.When melting glass, the chemical reaction results in the Starting materials, the batch, considerable amounts of gases. A rough one Estimation says that about 1.2 kg of glass is melted from 1.2 kg of mixture, d. H. during melting ≈1 / 5 of the batch weight in the form of Gas will be released. Other gases become physical through the batch carried along or through the combustion heat sources into the melting Glass introduced.
Das meiste Gas entweicht zwar während des anfänglichen Aufschmelzens des Glases, jedoch wird ein beachtlicher Teil des Gases in der Schmelze eingefangen. Ein Teil des eingefangenen Gases wird in der Glasschmelze gelöst, der andere Teil verbleibt als örtliche Gaseinschlüsse, als sogenannte Blasen, in der Schmelze. Dabei wachsen oder schrumpfen die Blasen, wenn der Blaseninnendruck höher oder niedriger ist als der Gleichgewichtsdruck der gelösten Gase. Die Gasblasen haben dabei eine unterschiedliche Größe. Most of the gas escapes during the initial melting of the Glases, however, a considerable part of the gas in the melt captured. Part of the captured gas is in the glass melt solved, the other part remains as local gas inclusions, so-called Bubbles in the melt. The bubbles grow or shrink when the internal bladder pressure is higher or lower than the equilibrium pressure dissolved gases. The gas bubbles have a different size.
Da diese Gasblasen die Qualität eines aus der Glasschmelze hergestellten Glas- bzw. Glaskeramikkörpers nachteilig beeinträchtigen würden, wird die Glasschmelze von dem Gas geläutert.Since these gas bubbles are the quality of a glass or would adversely affect the glass ceramic body, the Glass melt from the gas refined.
Unter dem Läutern von Glas versteht man daher einen dem "eigentlichen"
Aufschmelzvorgang in sogenannten Läuterbereichen nachgeschalteten
Schmelzverfahrensschritt, der
The refining of glass is therefore understood to mean a melting process step downstream of the "actual" melting process in so-called refining areas, the
- - eine weitgehende Beseitigung von Gasblasen definierter Größenklassen und- extensive elimination of gas bubbles of defined size classes and
- - eine gezielte Einstellung des Gasgehalts der Glaschmelze sicherstellt und dabei gleichzeitig- Ensures a targeted adjustment of the gas content of the glass melt and at the same time
- - in eine komplexe Abfolge von Schmelzprozeßschritten zu integrieren ist.- To integrate into a complex sequence of melting process steps is.
Dabei ist in der Regel eine scharfe Trennung dieser Verfahrensschritte nicht möglich.As a rule, there is no clear separation of these process steps possible.
Die Läuterung des Glases ist demnach von höchster Bedeutung für die Qualität des am Ende des Schmelzprozesses vorliegenden Produkts. Der durch den Läuterprozeß eingestellte Zustand der Schmelze ist insbesondere für den nächsten Prozeßschritt des Konditionierens wichtig, da dort die Abläufe wie Resorption von Blasen im Glas als auch Neuentstehen von Blasen im Glas auftreten können.The refining of the glass is therefore of the highest importance for the quality of the product present at the end of the melting process. The through the Purification process set state of the melt is especially for the The next process step of conditioning is important, since there the processes like Resorption of bubbles in the glass as well as new formation of bubbles in the glass may occur.
Für das Läutern haben sich in bekannter Weise verschiedene Methoden herausgebildet. Various methods are known for refining in a known manner developed.
Die Gasblasen haben von Hause aus durch ihren statischen Auftrieb das Bestreben, in der Schmelze aufzusteigen und dann ins Freie zu entweichen. Dieser Vorgang braucht ohne äußere Einflüsse jedoch eine beträchtliche Zeit, die den Produktionsprozeß wegen langer Standzeiten verteuern würde. Es ist daher bekannt, in der Läuterungszone höhere Temperaturen zu erzeugen, um so die Viskosität der Schmelze und damit die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen zu erhöhen, sowie den Blasendurchmesser zu vergrößern. Diese zusätzliche Temperaturerhöhung erfordert allerdings eine beachtliche Energie, was ebenfalls den Produktionsprozeß kostenmäßig stark belastet.Due to their static buoyancy, the gas bubbles have that from home Strive to rise in the melt and then escape outdoors. This process takes a considerable amount of time without external influences, which would make the production process more expensive due to long downtimes. It is therefore known to produce higher temperatures in the refining zone so the viscosity of the melt and thus the rate of ascent Increase gas bubbles, as well as enlarge the bubble diameter. This additional temperature increase, however, requires considerable energy, which also puts a heavy burden on the production process in terms of costs.
Bewährt und weitgehend optimiert ist auch die Methode des chemischen Läuterns von Glas mit Oxiden mit temperaturabhängigen Oxidationsstufen. Hierbei kommen insbesondere als Läutermittel Sb(V)-Oxid, As(V)-Oxid und Sn(IV)-Oxid in Frage. Auch ist die NaCl- oder die Sulfatläuterung bekannt. Daneben gibt es exotische Läutermittel sowie ein Mix aus verschiedenen Läutermitteln. Hierbei sollte auch immer der Umweltaspekt berücksichtigt werden. Bei der chemischen Läuterung werden die Aufstiegsgeschwindigkeiten kleiner Blasen dadurch erhöht, indem man sie mit dem Läutergas, z. B. mit O2 aufpumpt, das aus den Läutermitteln entsteht.The method of chemical refining of glass with oxides with temperature-dependent oxidation levels is also tried and tested and largely optimized. Sb (V) oxide, As (V) oxide and Sn (IV) oxide are particularly suitable as refining agents. NaCl or sulfate refining is also known. There are also exotic refining agents and a mix of different refining agents. The environmental aspect should always be taken into account. In chemical refining, the ascent rates of small bubbles are increased by mixing them with the refining gas, e.g. B. with O 2 , which arises from the refining agents.
Das chemische Läutern besteht letztlich aus einer Abfolge zeitlich und räumlich miteinander verwobener Elementarschritte. Zunächst werden die in der Rauhschmelze fein dispergierten Blasen durch das Läutergas, z. B. O2 so stark aufgebläht, daß eine drastische Verkürzung der Aufstiegszeiten eintritt. Gleichzeitig extrahieren die Läuterblasen die im Glas gelösten Gase. In abschließenden Abkühlschritten findet eine möglichst vollständige Resorption der unvermeidlichen Restblasen statt. Als Zielgrößen für eine gelungene Einstellung des Gasgehalts im Glas gelten u. a. Farbe, Wassergehalt und die Reboilbedingungen im wesentlichen von O2 und SO2. Eine einmal erreichte befriedigende Blasenqualität darf sich im Absteh- oder Formgebungsprozeß nicht wieder verschlechtern. Chemical purification ultimately consists of a sequence of elementary steps interwoven in time and space. First, the bubbles finely dispersed in the rough melt are purified by the refining gas, e.g. B. O 2 inflated so much that there is a drastic reduction in the ascent times. At the same time, the purification bubbles extract the gases dissolved in the glass. In the final cooling steps, the inevitable residual bubbles are resorbed as completely as possible. The target values for a successful adjustment of the gas content in the glass include color, water content and the reboil conditions essentially of O 2 and SO 2 . Once a satisfactory bubble quality has been achieved, it must not deteriorate again in the process of shaping or shaping.
Das chemische Läutern hat einige prinzipbedingte Nachteile:
Chemical refining has some inherent disadvantages:
- - die Methode funktioniert nicht für jedes Glassystem in befriedigender Weise oder nur bei hoher Temperatur,- The method does not work satisfactorily for every glass system Way or only at high temperature,
- - der Läutervorgang benötigt viel Zeit, da die Gasdiffusion in der Schmelze sehr langsam verläuft. Dadurch müssen die Läuterbereiche eine relativ große Ausdehnung haben, was die Produktionskosten erhöht,- The refining process takes a lot of time because the gas diffusion in the Melt runs very slowly. This means that the refining areas have a relatively large dimension in terms of production costs elevated,
- - die Läutermittel ändern die Chemie des Glases und damit dessen Eigenschaften; sie sind darüber hinaus z. T. toxisch (Arsen, Antimon).- the refining agents change the chemistry of the glass and thus its Characteristics; they are also z. T. toxic (arsenic, antimony).
Wegen dieser Nachteile sind auch sog. physikalische Läuterverfahren bekannt geworden, die die Chemie des Glases weitgehend unbeeinträchtigt lassen. Das physikalische Läutern einer Glasschmelze beruht darauf, daß Blasen mit physikalischen Methoden "gezwungen" werden, an die Oberfläche der Schmelze aufzusteigen, die dann dort zerplatzen und ihren Gasinhalt freigeben oder sich in der Schmelze auflösen.Because of these disadvantages, so-called physical refining processes are also known that largely leave the chemistry of the glass unaffected. The physical refining of a glass melt is based on the fact that bubbles with physical methods are "forced" to the surface of the Melt rise, which then burst there and release their gas content or dissolve in the melt.
Ein weitverbreitetes physikalisches Läuterverfahren stellt dabei das sogenannte Unterdruckläutern dar, das in zahlreichen einschlägigen Veröffentlichungen beschrieben wird. Beispielhaft sei hierzu auf die EP 0 231 518 B1 verwiesen. Durch die DE 198 22 437 C1 ist es dabei auch bekannt, eine Unterdruckläuterung mit einer Überdruckläuterung zu kombinieren.A widely used physical refining process is the so-called Vacuum purifiers, which is in numerous relevant publications is described. For example, reference is made to EP 0 231 518 B1. From DE 198 22 437 C1 it is also known to have a To combine vacuum purification with an overpressure purification.
Beim Unterdruckläutern wachsen ebenfalls die in der Schmelze vorhandenen Blasen. Das Blasenwachstum ist einmal bedingt durch das Boyle-Mariottesche Gesetz "p.V = const.", d. h. fällt der Druck p ab, so steigt das Volumen V und zum anderen dadurch, daß der Partialdruck der in den Blasen vorhandenen Gase unter den Partialdruck der Gase in der Schmelze erniedrigt wird. Ferner findet eine Diffusion der Gase aus der Schmelze in die Blasen statt. Die Blasen werden durch diese Effekte größer, steigen schneller an die Oberfläche der Schmelze auf, zerplatzen dort oder werden "abgeschröpft". Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß eine spontane Neublasenbildung der gelösten Gase an sogenannten Keimen (Wandung, Miniblasen) stattfindet, was in der Regel zu Schaum führt, der mit geeigneten Methoden bekämpft werden kann.Vacuum purification also increases those in the melt Blow. The bubble growth is due to the Boyle-Mariottesche Law "p.V = const.", D. H. if the pressure p drops, the volume V increases and on the other hand in that the partial pressure of the bubbles Gases is lowered under the partial pressure of the gases in the melt. Further the gases diffuse from the melt into the bubbles. The bubbles become larger due to these effects, rise faster to the surface of the Melt, burst there or are "skimmed off". It is also too take into account that spontaneous re-bubble formation of the dissolved gases So-called germs (wall, mini bubbles) takes place, which usually leads to Foam leads, which can be combated with suitable methods.
Es sind weitere Maßnahmen bekannt, um das Unterdruckläutern zu verbessern. So beschreibt die US 1 598 308 das sogenannte Pike-Verfahren, bei dem das Glas zunächst in einer Wanne geschmolzen und dann über einen Vorbau einer Unterdruck-Läuterkammer zugeführt wird. Das geschmolzene Glas gelangt dabei über einen Steigschacht zur Läuterbank der Läuterkammer, auf der die Glasschmelze von den Blasen "befreit" wird. Nach der Läuterung wird das geschmolzene Glas über einen getrennten, zum Steigschacht beabstandet angeordneten Fallschacht der Weiterverarbeitung zugeführt.Further measures are known to improve vacuum purification. For example, US Pat. No. 1,598,308 describes the so-called Pike method, in which the Glass first melted in a tub and then over a stem one Vacuum refining chamber is supplied. The melted glass arrives thereby via a riser to the refining bench of the refining chamber, on which the Glass melt is "freed" from the bubbles. After the purification, it will melted glass over a separate, spaced from the riser arranged chute for further processing.
Eine Reihe von weiteren Dokumenten der Patentliteratur beschreiben Verbesserungen des Pike-Verfahrens. Hierzu seien stellvertretend die EP- Dokumente 0 939 058 A1, 1 078 891 A2, 1 044 929 A1, 0 967 179 A1 und 0 963 955 A1 genannt.Describe a number of other documents in the patent literature Pike improvements. The EP Documents 0 939 058 A1, 1 078 891 A2, 1 044 929 A1, 0 967 179 A1 and 0 963 955 A1.
Ein wesentlicher Nachteil des Pike-Anlagenkonzeptes und der zugehörigen Verbesserungen dazu besteht darin, daß, um Schwankungen im Glasstand auszugleichen, die gesamte Läuterkammer in der Höhe verstellbar sein muß. Derartige Schwankungen im Glasstand treten aus den verschiedensten Gründen ständig auf und müssen daher fortwährend ausgeglichen werden. Da die Läuterkammer relativ groß ist und ein erhebliches Gewicht besitzt, müssen daher entsprechend leistungsstarke Antriebssysteme für das Bewegen des schweren Anlageteiles bereitgestellt werden. Weiterhin ist die Überlappungsstrecke, innerhalb der sich der bewegliche Teil der Läuterkammer gegenüber ihrem feststehenden Teil bewegen kann, kritisch, insbesondere hinsichtlich der notwendigen Abdichtung.A major disadvantage of the Pike system concept and the associated one Improvements to this are that to cope with fluctuations in the glass level to balance, the entire refining chamber must be adjustable in height. Such fluctuations in the glass stand occur for a variety of reasons constantly on and must therefore be constantly balanced. Since the Purification chamber is relatively large and has a considerable weight therefore correspondingly powerful drive systems for moving the heavy plant part are provided. Furthermore, the Overlap distance within which the moving part of the The refining chamber can move relative to its fixed part, critical, especially with regard to the necessary sealing.
Hinzu kommt, daß die Läuterbank bei Vakuumausfall leer laufen kann und unflexible Glasstände vor und hinter dem Läuteraggregat vorhanden sind.In addition, the refining bench can run empty in the event of a vacuum failure and there are inflexible glass stands in front of and behind the refining unit.
Durch die US 6,286,337 B1 ist eine ähnliche Vorrichtung zum Läutern einer Glasschmelze aus einer Schmelzwanne mit einer turmartigen Unterdruck- Läuterkammer, die einen Steig- und Fallschacht für die Glasschmelze aufweist, bekannt geworden, bei der zwischen Schmelzwanne und Steigschacht ein Stellventil angeordnet ist. Der Glasstand in der Schmelzwanne wird dabei durch ein das Stellventil speisendes Überlaufrohr begrenzt.No. 6,286,337 B1 is a similar device for refining a Glass melt from a melting tank with a tower-like vacuum Refining chamber, which has a rising and falling shaft for the glass melt, became known at the between melting furnace and riser Control valve is arranged. The glass level in the melting tank is thereby an overflow pipe feeding the control valve is limited.
Ein Konzept zum umfassenden Ausgleich von Schwankungen im Glasstand in der Gesamt-Vorrichtung unter Einbeziehung des Stellventils wird in dieser Schrift jedoch nicht beschrieben.A concept for the comprehensive compensation of fluctuations in the glass level in the Overall device including the control valve is described in this document however not described.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend von der eingangs bezeichneten Vorrichtung zum Läutern einer Glasschmelze, mit einer Unterdruck- Läuterkammer, der einen Steigschacht für die Zufuhr einer zu läuternden Glasschmelze zu einer Läuterbank der Unterdruck-Läuterkammer sowie einen Fallschacht für das Austragen der geläuterten Glasschmelze aus der Läuterbank zwecks Weiterverarbeitung zugeordnet ist, und mit einer Einrichtung zum Ausgleich von Schwankungen im Glasstand, diese hinsichtlich der Einrichtung so zu gestalten, daß keine schweren Anlageteile zum Einstellen des Glasstandes notwendig sind, ein Leerlaufen der Läuterbank bei Vakuumausfall vermieden werden kann und die Glasstände vor und hinter dem Läuteraggregat relativ flexibel einstellbar sind. The invention is based on the object, starting from the above Device for refining a glass melt, with a vacuum Refining chamber, which is a riser for the supply of a refining Glass melt to a refining bench of the vacuum refining chamber and one Drop shaft for discharging the refined glass melt from the refining bench is assigned for further processing and with a device for Compensation for fluctuations in the glass stand, this with regard to the furnishings to design that no heavy system parts for adjusting the glass level it is necessary to avoid the refining bank from running empty in the event of a vacuum failure can and the glass stands in front and behind the refining aggregate relative are flexibly adjustable.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die turmartige Unterdruck-Läuterkammer eine vorgegebene, betrieblich nicht veränderbare Höhe besitzt und die Einrichtung zum Ausgleich der Schwankungen im Glasstand durch einen Regler-Baustein in Verbindung mit einem ersten Stellventil vor dem Steigschacht und einem zweiten Stellventil nach dem Fallschacht gebildet ist, dem eingangsseitig Signale für die einzelnen Glasstände und Drücke sowie Temperaturen in der Vorrichtung und für die Ventilpositionen zugeführt sind, der ausgangsseitig mit den Steilventilen, mit der Einrichtung für die Zufuhr der Glasschmelze, mit der Einrichtung zur Erzeugung des Unterdruckes und mit Heizeinrichtungen für die Glasschmelze in der Läuterkammer verbunden ist, und der hinsichtlich des Regelverhaltens so ausgelegt ist, daß ein im wesentlichen durch Druck und Temperatur vorgegebenes Prozeßfenster in der Läuterkammer nicht verlassen wird als auch der Glasstand vor dem Verarbeitungsprozeß in vorgegebenen Grenzen konstant bleibt.This object is achieved according to the invention in that the tower-like Vacuum refining chamber a predetermined height that cannot be changed during operation owns and the device to compensate for the fluctuations in the glass stand through a controller block in connection with a first control valve before Rising shaft and a second control valve is formed after the chute, the on the input side signals for the individual glass levels and pressures as well Temperatures in the device and for the valve positions are supplied to the on the outlet side with the steep valves, with the device for supplying the Glass melt, with the device for generating the negative pressure and with Heaters for the glass melt in the refining chamber is connected, and which is designed with regard to the control behavior so that an essentially Process window in the refining chamber specified by pressure and temperature will not leave as well the glass level before the processing process remains constant within predetermined limits remains.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden eine Reihe von Vorteilen
erzielt:
The measures according to the invention achieve a number of advantages:
- - Es müssen keine schweren Anlageteile bewegt werden. Dadurch entfallen Antriebs- und Dichtungsprobleme.- No heavy system parts have to be moved. Thereby drive and sealing problems are eliminated.
- - Bei Vakuumausfall wird selbsttätig der Glasfluß verschlossen. Dadurch kann die Anlagensicherheit erhöht werden, insbesondere kann die Läuterkammer nicht mehr leerlaufen.- In the event of a vacuum failure, the glass flow is closed automatically. Thereby the plant safety can be increased, in particular the No longer empty the refining chamber.
- - Es sind sehr variable Einstellungsmöglichkeiten in Bezug auf die Glasstandshöhen vor und hinter der Läuterkammer, d. h. in der vorgeschalteten Schmelzwanne und der der Läuterkammer nachgeschalteten Stufe gegeben.- There are very variable setting options in relation to the Glass heights in front of and behind the refining chamber, d. H. in the upstream melting tank and that of the refining chamber downstream stage given.
Eine erweiterte Regelmöglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gegeben, wenn das zweite Stellventil mit einem Rührwerk kombiniert ist und der Regler-Baustein zusätzlich mit dem Antrieb des Rührwerkes zur geregelten Einstellung der Drehzahl des Rührwerkes verbunden ist.According to a further development of the invention, an expanded control possibility given when the second control valve is combined with an agitator and the controller module with the drive of the agitator to the controlled Setting the speed of the agitator is connected.
Die erfindungsgemäße Regelung ist mit besonderem Vorteil bei einer Vorrichtung einsetzbar, bei der die Läuterbank zwei übereinander im Abstand angeordnete Böden aufweist, mit einem unteren Boden, einer umlaufenden, den Glasstand in der Läuterbank bestimmenden Außenwandung und mit einem oberen Boden, der über einen Ringraum zur Außenwandung mit dem unteren Boden in Strömungsverbindung steht, wobei ein Boden mit dem Steigschacht und der andere Boden mit dem Fallschacht in Strömungsverbindung steht. The control according to the invention is particularly advantageous for a Device can be used in which the refining bench is two at a distance arranged floors, with a lower floor, a circumferential, the Glass level in the refining bench and with an outer wall upper floor, which has an annular space to the outer wall with the lower Soil is in flow connection, with a bottom with the riser and the other floor is in flow communication with the chute.
Diese Ausführung ermöglicht somit eine doppelte Nutzung der Läuterbanklänge, was sich einmal förderlich auf die Blasenentfernung auswirkt und was zum anderen eine kompakte Läuterbank bzw. Läuterkammer ermöglicht, was sich wiederum fördernd auf die Länge der Gesamtanlage auswirkt. Neben dem größeren Läuterweg wird aber auch das geläuterte Glas besser geschützt.This version thus enables a double use of the Refining bench length, which has a beneficial effect on bladder removal and what about a compact refining bench or refining chamber enables, which in turn promotes the length of the overall system effect. In addition to the larger refining path, the refined glass is also used better protected.
Diese Konzeption ermöglicht auch eine vorteilhafte Zu- und Abführung der Glasschmelze, indem für die Zufuhr und das Austragen der Glasschmelze eine Doppelrohr-Anordnung vorgesehen ist, mit einem Außenrohr, innerhalb dem radial beabstandet ein Innenrohr aufgenommen ist, wobei das Innenrohr entweder den Fallschacht und der freie radiale Raum zwischen dem Innen- und Außenrohr den Steigschacht oder das Innenrohr den Steigschacht und der radiale Raum den Fallschacht bildet.This concept also enables the supply and discharge of the Glass melt by adding a for the supply and discharge of the glass melt Double tube arrangement is provided, with an outer tube within which radially spaced an inner tube is received, the inner tube either the chute and the free radial space between the interior and Outer tube the riser or the inner tube the riser and the radial space forms the chute.
Diese Konzeption ermöglicht einen kompakten Anlagenaufbau mit kurzer Anlagenlänge und gewährleistet eine beachtliche Materialeinsparung. Ferner ist das Doppelrohrsystem mit relativ einfachen Mitteln und mit nur relativ geringen Verlusten beheizbar, indem z. B. lediglich das Außenrohr, insbesondere induktiv beheizt wird. Auch wird das Glas im Fallschacht gegen eintretende Blasen auf einfache Weise durch das Glas im Außenrohr, d. h. im Ringraum, geschützt.This concept enables a compact system structure with a short System length and ensures considerable material savings. Furthermore is the double pipe system with relatively simple means and with only relative low losses heatable by z. B. only the outer tube, in particular is heated inductively. Also the glass in the chute is against Bubbles entering easily through the glass in the outer tube, d. H. in the Annulus, protected.
Vorzugsweise ist das Innenrohr koaxial in dem Außenrohr angeordnet, um peripher möglichst gleichförmige Verhältnisse zu haben. Dies ist besonders dann gegeben, wenn der Querschnitt der Rohre kreisförmig ist. Prinzipiell kann das Doppelrohrsystem auch so ausgebildet sein, daß der Querschnitt der Rohre vieleckig ist oder daß ein Rohr einen kreisrunden Querschnitt, das andere Rohr einen vieleckigen Querschnitt aufweist. The inner tube is preferably arranged coaxially in the outer tube in order to peripherally as uniform as possible. This is special given when the cross-section of the tubes is circular. in principle the double pipe system can also be designed so that the cross section of the Pipes is polygonal or that a pipe has a circular cross section other tube has a polygonal cross section.
Der Querschnitt der Läuterbank, d. h. der Querschnitt der zugehörigen Böden, kann eine unterschiedliche Konfiguration haben. Er kann beispielsweise eine Rechteckform aufweisen, mit gedeckten Strömungskanälen an den Längsseiten, die zu den Stirnseiten führen, von wo aus die Glasschmelze auf den oberen Boden strömt.The cross section of the refining bench, i.e. H. the cross section of the associated soils, can have a different configuration. For example, it can be a Rectangular shape, with covered flow channels on the Long sides, which lead to the end faces, from where the glass melt on the upper floor flows.
Er kann aber auch eine kreisrunde Konfiguration haben, mit zentrischen Ein- und Auslässen in den Böden, wobei auch bei dieser Konfiguration radiale Strömungskanäle für einen definierten Strömungsverlauf vorgesehen sein können.But it can also have a circular configuration, with centric inputs and outlets in the bottoms, radial also in this configuration Flow channels can be provided for a defined flow pattern can.
Die Kompaktheit der Läuterbank erlaubt auch eine kompakte und damit verlustärmere einfache Heizung, sei es elektrisch oder mit fossilen Brennstoffen.The compactness of the lauter tun also allows a compact and therefore Low-loss simple heating, be it electric or fossil Fuels.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet und werden in der Figurenbeschreibung erläutert.Further embodiments of the invention are in further subclaims marked and are explained in the description of the figures.
Anhand eines in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Läutern einer Glasschmelze mit einer Unterdruck-Läuterkammer wird die Erfindung näher beschrieben. Dabei wird zunächst die Anlage selbst erläutert und erst danach im einzelnen auf die Einstellung des Glasstandes in der Anlage eingegangen.Using a preferred described in the drawing Embodiment of a device for refining a glass melt with a vacuum refining chamber, the invention is described in more detail. there the system itself is first explained and only then in detail on the Setting the glass level received in the system.
Die einzige Figur zeigt eine Schmelzwanne 1 mit einer üblichen Einlegemaschine, in der Glas auf übliche Weise zu einer Glasschmelze 2 aufgeschmolzen wird. Der Glasstand in der Schmelzwanne ist mit "A" gekennzeichnet. Prinzipiell ist jeder Typ von Schmelzwannen einsetzbar, vorausgesetzt, daß der Schmelzwannentyp einen in weiten Grenzen veränderbaren Glasstand zuläßt. The single figure shows a melting tank 1 with a conventional insertion machine, in which glass is melted into a glass melt 2 in the usual way. The glass level in the melting tank is marked with "A". In principle, any type of melting furnace can be used, provided that the melting furnace type allows a glass level that can be varied within wide limits.
Das in der Schmelzwanne geschmolzene und zu läuternde Glas wird über ein Stellventil 3, eine Speiserinne 4 und einen Steigschacht einer Läuterkammer 5 zugeführt. Durch das Anheben und Absenken des Ventils 3 läßt sich der Glasstand in der Läuterkammer beeinflussen. In der Läuterkammer wird mittels Pumpen ein Unterdruck erzeugt.The glass which is melted in the melting tank and is to be refined is fed to a refining chamber 5 via a control valve 3 , a feed channel 4 and a riser. The glass level in the refining chamber can be influenced by raising and lowering the valve 3 . A vacuum is generated in the refining chamber by means of pumps.
Für die Zufuhr der ungeläuterten Glasschmelze in die Läuterkammer 5 und für das Austragen der geläuterten Glasschmelze aus der Läuterkammer 5 sind zwei koaxiale Rohre 7 und 8 vorgesehen. In dem Ringraum 9 zwischen beiden Rohren, dem sogenannten Steigschacht, wird das ungeläuterte Glas einer, die Läuterstrecke bildende Läuterbank 10 der Läuterkammer zugeführt. Das innere Rohr 9, der sogenannte Fallschacht, dient dazu, das geläuterte, möglichst blasenfreie Glas zur Weiterverarbeitung aus der Läuterbank 10 abzuführen.Two coaxial tubes 7 and 8 are provided for supplying the unrefined glass melt into the refining chamber 5 and for discharging the refined glass melt from the refining chamber 5 . In the annular space 9 between the two pipes, the so-called riser, the unrefined glass is fed to a refining bank 10 , which forms the refining section, of the refining chamber. The inner tube 9 , the so-called chute, serves to discharge the refined glass, which is as bubble-free as possible, for further processing from the refining bench 10 .
Vorzugsweise besteht das Innenrohr 9 aus einem Refraktärmetall, insbesondere aus Molybdän. Molybdän ist kostengünstiger als Edelmetalle, z. B. Platin, stabiler bei hohen Temperaturen und korrosionsfest bei den meisten Glasarten. Aber auch andere Refraktärmetalle, wie Iridium oder Wolfram oder Edelmetalle können verwendet werden.The inner tube 9 preferably consists of a refractory metal, in particular of molybdenum. Molybdenum is less expensive than precious metals, e.g. B. platinum, more stable at high temperatures and corrosion-resistant in most types of glass. However, other refractory metals such as iridium or tungsten or noble metals can also be used.
Das Außenrohr kann aus einem Refraktärmetall, einem Edelmetall oder aus einem feuerfesten Material, insbesondere einem keramischen Material, bestehen.The outer tube can be made of a refractory metal, a noble metal or a refractory material, in particular a ceramic material, consist.
Da in der Läuterkammer Unterdruck herrscht, ist sie von einem vakuumdichten Stahlgehäuse 13 umgeben.Since there is negative pressure in the refining chamber, it is surrounded by a vacuum-tight steel housing 13 .
Da auch im Steig- und Fallschacht 8, 9 bereits Unterdruck herrscht, muß das Stahlgehäuse auch um das Doppelrohrsystem vakuumdicht gezogen werden. Since there is already negative pressure in the riser and chute 8 , 9 , the steel housing must also be pulled vacuum-tight around the double pipe system.
Damit das geschmolzene Glas nicht erstarrt bzw. zu zähflüssig wird, müssen
der Steig- und der Fallschacht beheizt werden. Diese Beheizung des Steig- und
Fallschachtes erfolgt direkt im äußeren Rohr 7. Die Beheizarten können sein:
So that the molten glass does not solidify or become too viscous, the riser and the chute have to be heated. This rise and fall shaft is heated directly in the outer tube 7 . The types of heating can be:
- - direkte Platinbeheizung- direct platinum heating
- - induktiv beheiztes Rohr aus Mobybdän oder anderen Refraktärmetallen- Inductively heated pipe made of mobybdenum or other refractory metals
- - sonstige Strahlungsbeheizung (z. B. Mesh Heizkörper, Infrarotstrahler, Kanthalheiznadeln)- other radiant heating (e.g. mesh radiator, infrared heater, Kanthalheiznadeln)
- - oder andere Beheizungen.- or other heating.
Das beschriebene Doppelrohrsystem hat nachstehende Vorteile:
The described double pipe system has the following advantages:
- - Verzicht auf einen separaten Steig- und Fallschacht. Dadurch Einsparungen in der Beheizung, der benötigten Platinmenge (bei Wahl von Edelmetall als Rohrmaterial) bzw. Molybdänmenge, sowie bei der Gesamtanlagenlänge, beim Vakuumsystem, der Meßtechnik, usw.- No separate riser and chute. Thereby Savings in heating, the amount of platinum required (if you choose of precious metal as pipe material) or amount of molybdenum, as well as at Overall system length, for the vacuum system, measuring technology, etc.
- - Kurze Gesamtanlagenlänge möglich- Short overall system length possible
- - Schutz des bereits geläuterten Glases im Fallschacht vor eintretenden neuen Blasen durch das Glas im Steigschacht- Protection of the already cleaned glass in the chute from entering new bubbles through the glass in the riser
- - Die Wärmedehnung des Innenrohres des Steig- und Fallschachtes ist unproblematisch, da es in den freien Raum der Läuterbank dehnen kann.- The thermal expansion of the inner pipe of the riser and chute is unproblematic as it will stretch into the free space of the lauter bench can.
Die Läuterbank 10 besteht aus einem Bodenteil 10a, einer peripheren Außenwandung 10b und einem Zwischenboden 10c. Sie kann eine rechteckige Konfiguration haben, aber auch kreisrund ausgebildet sein. Auch andere Konfigurationen sind denkbar.The refining bench 10 consists of a bottom part 10 a, a peripheral outer wall 10 b and an intermediate bottom 10 c. It can have a rectangular configuration, but can also be circular. Other configurations are also conceivable.
In die Läuterbank 10 wird das ungeläuterte Glas vom Steigschacht 9 mittig auf den Bodenteil 10a eingebracht. Der Glasstrom wird dann, wie durch die Pfeile dargestellt, an die Außenwandung 10b der Läuterbank geleitet, vorzugsweise über gedeckte Kanäle. Bereits in diesem Strömungsbereich haben die Blasen aufgrund des Unterdruckes die Möglichkeit zu wachsen, zu wandern. Vor der Außenwandung 10b der Läuterbank tritt das unter dem Zwischenboden 10c fließende Glas aus, wird umgelenkt und gelangt auf den Zwischenboden 10c. Die Blasen treten dabei an der Oberfläche des Glasbades aus. Die Glasströme bewegen sich dann wieder zurück in Richtung Läuterbankmitte zum Fallschacht 8. Auf dieser Strecke mit freier Oberfläche werden die Blasen aus dem Glas entfernt, durch diesen Aufbau der Läuterbank ist mit Vorteil eine doppelte Nutzung der Läuterbanklänge möglich, was sich sehr förderlich auf das Entfernen der Blasen auswirkt.In the refining bench 10 , the unrefined glass is introduced from the riser 9 in the middle onto the bottom part 10 a. The glass stream is then, as shown by the arrows, to the outer wall 10 of the refining bank b passed, preferably through covered channels. The bubbles already have the opportunity to grow and migrate in this flow area due to the negative pressure. In front of the outer wall 10 b of the refining bench, the glass flowing under the intermediate floor 10 c emerges, is deflected and reaches the intermediate floor 10 c. The bubbles emerge from the surface of the glass bath. The glass flows then move back towards the center of the lauter tun to the chute 8 . The bubbles are removed from the glass on this stretch with a free surface; this structure of the refining bench advantageously enables double use of the refining bench length, which has a very beneficial effect on the removal of the bubbles.
Bei diesem Vorgang kann, je nach Prozeßeinstellung (Druck, Temperatur, Durchsatz), Glasschaum entstehen. Um zu vermeiden, daß dieser Schaum in den Fallschacht gezogen wird, werden in bekannter Weise geeignete Maßnahmen zur Schaumbekämpfung angewandt.Depending on the process setting (pressure, temperature, Throughput), glass foam. To avoid this foam in the chute is pulled in a known manner suitable Foam control measures applied.
Um einen möglichst variablen Glasstand in der Läuterkammer 5 fahren zu können, sind deren Seitenwände entsprechend hoch und bestehen aus Feuerfestmaterial, soweit sie mit Glas in Berührung kommen. Der einzustellende Glasstand ergibt sich aus Blasenaufstiegszeit, Geometrie der Anordnung, Temperaturen und Schaumbildungsverhalten des Glases.In order to be able to drive a glass stand that is as variable as possible in the refining chamber 5 , the side walls thereof are correspondingly high and consist of refractory material, insofar as they come into contact with glass. The glass level to be set results from the bubble rise time, geometry of the arrangement, temperatures and foaming behavior of the glass.
Die kompakte Läuterbank 10 wird fossil oder elektrisch mit bekannten einfachen Mitteln beheizt.The compact refining bench 10 is heated fossil or electrically using known simple means.
Im Anschluß an die Läuterbank 10 wird das Glas über den bereits beschriebenen Fallschacht 8 und eine sich daran anschließende Speiserinne 11 der weiteren Behandlung (Rühren, Homogenisieren, Abkühlen, Formen) zugeführt. Dabei passiert das Glas ein weiteres Stellventil 12. Beide Ventile 3 und 12 können dazu dienen, die Strömungswege bei einem Ausfall des Vakuums in der Läuterkammer 5 zu verschließen, da ansonsten das Glas aus dem Steig- bzw. Fallschacht herauslaufen und das Molybdän der Rohre der Schächte dem Luftsauerstoff ausgesetzt würde. Dies hätte eine Zerstörung der Mo-Bauteile zur Folge.Following the refining bench 10 , the glass is fed to the further treatment (stirring, homogenizing, cooling, shaping) via the chute 8 already described and an adjoining feeder 11 . The glass passes another control valve 12 . Both valves 3 and 12 can serve to close the flow paths in the event of a vacuum failure in the refining chamber 5 , since otherwise the glass would run out of the riser or fall shaft and the molybdenum of the pipes of the shafts would be exposed to atmospheric oxygen. This would result in the destruction of the Mo components.
Vorzugsweise ist das Auslaufventil mit einem Rührer 14 und einer Durchflußregelung kombiniert.The outlet valve is preferably combined with a stirrer 14 and a flow control.
Die Durchflußregelung dient als weiteres Steuerinstrument zusätzlich zum variablen Glasstand der Wanne und des angelegten Unterdrucks dazu, einen gleichbleibenden Glasstand in den nachfolgenden Anlagenteilen sicherzustellen. Der Rührer dient zum Homogenisieren des Glases.The flow control serves as a further control instrument in addition to variable glass level of the tub and the applied vacuum, one ensure a constant glass level in the following parts of the system. The stirrer is used to homogenize the glass.
Im Anschluß an das Auslaßventil 12 wird das Glas einer weiteren Bearbeitung zugeführt.Following the outlet valve 12 , the glass is fed to further processing.
Bei dem beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Ringraum 9 den Steigschacht, der auf den unteren Boden 10a führt, und das innere Rohr 8 den Fallschacht, dessen Eintritt bündig mit dem Zwischenboden liegt. Das Doppelrohr-System kann jedoch auch umgekehrt betrieben werden. Bei dieser Ausführungsform bildet das innere Rohr 8 den Steigschacht, der auf den oberen Zwischenboden 10c führt, und der Ringraum 9 den Fallschacht, der seinen Eintritt am unteren Boden 10a hat. Die aus dem inneren Rohr 8 austretende zu läuternde Glasschmelze gelangt so auf den oberen Zwischenboden 10c, strömt an den Stirnwänden 10b nach unten auf den unteren Boden 10a, und von dort aus in den Zwischenraum zwischen beiden Rohren 7, 8.In the exemplary embodiment described and shown in the drawing, the annular space 9 forms the riser shaft which leads to the lower floor 10 a, and the inner tube 8 forms the chute, the entry of which lies flush with the intermediate floor. However, the double pipe system can also be operated in reverse. In this embodiment, the inner tube 8 forms the riser shaft, which leads to the upper intermediate floor 10 c, and the annular space 9, the chute, which has its entrance on the lower floor 10 a. The molten glass emerging from the inner tube 8 thus reaches the upper intermediate floor 10 c, flows down the end walls 10 b onto the lower floor 10 a, and from there into the space between the two tubes 7 , 8 .
Bei den beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen sind sowohl der untere Boden 10a als auch der Zwischenboden 10c als ebene Böden ausgebildet, die zueinander parallel verlaufen. Es sind jedoch für beide Ausführungsbeispiele auch Ausführungsvarianten mit anders geformten Böden möglich, denen gemeinsam ist, daß die zu läuternde Schmelze möglichst nahe unterhalb des Glasstandes in der Läuterbank zugeführt wird, damit Blasen möglichst schnell aus der Schmelze an die Oberfläche gelangen und dort austreten können. Diese kann durch einen geneigten oberen Zwischenboden 10c oder durch einen eintrittseitig am Rand rechtwinklig hochgezogenen ebenen, zum unteren Boden 10a ansonsten parallelen oberen Zwischenboden 10c erzielt werden.In the two aforementioned exemplary embodiments, both the lower floor 10 a and the intermediate floor 10 c are designed as flat floors which run parallel to one another. However, for both exemplary embodiments, design variants with differently shaped bottoms are possible, which have in common that the melt to be refined is fed as close as possible below the glass level in the refining bank, so that bubbles can reach the surface as quickly as possible and exit there. This can be achieved by an inclined upper intermediate floor 10 c or by a flat upper floor 10 c which is otherwise parallel to the lower floor 10 a and is raised at right angles on the entry side at the edge.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Rohre des Doppelrohr- Systems mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet und koaxial angeordnet. Sie können auch andere Querschnitte aufweisen und exzentrisch angeordnet sein.In the exemplary embodiments described, the tubes of the double tube Systems designed with a circular cross section and arranged coaxially. They can also have other cross sections and are arranged eccentrically his.
Zum Einstellen des Glasstandes ist ein zentraler Regler-Baustein 15 vorgesehen, der vorzugsweise ein Digital-Regler in Form eines Mikroprozessors ist.A central controller module 15 , which is preferably a digital controller in the form of a microprocessor, is provided for adjusting the glass level.
Aufgrund von bereitgestellten Eingangsgrößen werden in diesem Regler- Baustein mit Hilfe eines intelligenten Algorithmus Ausgangsgrößen bestimmt/berechnet, die an Stellglieder zur Regelung von z. B. Vakuumpumpen, Heizkreisen etc. weitergegeben werden.Due to the input variables provided, this controller Block with the help of an intelligent algorithm output variables determines / calculates that on actuators for controlling z. B. Vacuum pumps, heating circuits etc. are passed on.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind neun Eingänge E1-E9 und sechs Ausgänge A1-A6 vorgesehen. Je nach unterlegtem Regelkonzept können auch weniger Ein-/Ausgänge vorgesehen werden.In the illustrated embodiment, there are nine inputs E1-E9 and six Outputs A1-A6 provided. Depending on the underlying control concept, you can also fewer inputs / outputs are provided.
Um die Zeichnung übersichtlich zu halten, sind die Verbindungen zwischen den Ein- und Ausgängen des Regler-Bausteines und den Anlageteilen bzw. den Sensoren nicht dargestellt. Sie ergeben sich jedoch in eindeutig zuordenbarer Weise aus der nachfolgenden Beschreibung. To keep the drawing clear, the connections between the inputs and outputs of the controller module and the system parts or the Sensors not shown. However, they result in clearly assignable Way from the description below.
- 1. Glasstandsmesser in der Schmelzwanne 1 (positioniert vor Ventil 3)1. Glass level meter in the melting tank 1 (positioned in front of valve 3 )
- 2. Glasstandsmesser in der Läuterkammer 10 2. Glass level meter in the refining chamber 10
- 3. Glasstandsmesser im Verarbeitungsbereich (positioniert nach Ventil 12/14)3. Glass level gauge in the processing area (positioned on the valve 12/14)
- 4. atmosphärischer Außendruck4. Atmospheric external pressure
- 5. Druck in der Läuterkammer 10 5. Pressure in the refining chamber 10
- 6. Ventilposition des Ventils 3 6.Valve position of the valve 3
- 7. Ventilposition des Ventils 12/14 7. The valve position of the valve 12/14
- 8. Temperaturinformationen des Gesamtsystems8. Temperature information of the overall system
- 9. Umdrehungen des "Rührwerkes" 14 des Ventils 12/14 9. revolutions of the "stirrer" 14 of the valve 12/14
- 1. Signal für Stellglied des Ventils 3 1.Signal for valve actuator 3
- 2. Signal für Stellglied des Ventils 12/14 2. Signal for actuator of the valve 12/14
- 3. Signal für die Einlegemaschine der Schmelzwanne 1 3. Signal for the insertion machine of the melting tank 1
- 4. Signal für die Vakuumanlage (Pumpen etc.) der Läuterkammer 10 4. Signal for the vacuum system (pumps etc.) of the refining chamber 10
- 5. Signal für Heizungen des Gesamtsystems (sowohl fossil als auch elektrisch)5. Signal for heating the entire system (both fossil and electrical)
- 6. Signal für Rührerumdrehungen des "Rührwerkes" 14 6. Signal for stirrer revolutions of the "agitator" 14
Der interne Algorithmus des Regler-Bausteines bestimmt nun aufgrund der Eingangsinformationen mit Hilfe des vordefinierten Prozeßfensters für das betreffende Glas in der Läuterkammer (Temperatur- und Druckbereich, Glasstand) die zu unternehmenden Ausgangsaktionen, z. B. die Veränderung einer Ventilstellung. Diese Aktionen müssen so abgestimmt sein, daß sowohl das vorgegebene Prozeßfenster (im wesentlichen Druck und Temperatur) nicht verlassen wird, als auch der Glasstand vor dem Verarbeitungsprozeß konstant bleibt.The internal algorithm of the controller block now determines on the basis of Input information using the predefined process window for the relevant glass in the refining chamber (temperature and pressure range, Glass stand) the starting actions to be undertaken, e.g. B. the change a valve position. These actions must be coordinated so that both the specified process window (essentially pressure and temperature) is not is left, as well as the glass level constant before the processing remains.
Im folgenden sollen die Faktoren erläutert werden, die die Druck- /Glasstandsverhältnisse im Gesamtsystem bestimmen und die in entsprechender Weise im Regler-Algorithmus berücksichtigt werden. The factors that influence the printing / Determine glass level ratios in the overall system and the corresponding Way in the controller algorithm.
Ein erster bestimmender Faktor ist die Höhe des Läuterturmes, d. h. des
Doppelrohrsystems. Um die Höhe entsprechend den geforderten, sich
verändernden Verhältnissen anpassen zu können, sieht das bekannte eingangs
erläuterte Pike-Anlagenkonzept einen in der Höhe verstellbaren Läuterturm
vor. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die Höhe des
Läuterturmes konstant ist und die entsprechende Einstellung der
Prozeßbedingungen über den Regler-Baustein 15 erfolgt. Dabei müssen
Grenzen beachtet werden, wenn in derselben Anlage möglichst viele
unterschiedliche Glasarten produziert werden sollen. In dem
verfahrenstechnisch interessanten Temperaturbereich für die Vakuumläuterung
von ca. 1200°C bis 1600°C variiert die Dichte der Gläser zwischen 1,9 g/cm3
bis 2,7 g/cm3. Die Glasarten umfassen das gesamte Spektrum von
Borosilicatgläsern über AF-Gläser bis hin zu den Bleigläsern. Dies bedeutet
nach der Formel
A first determining factor is the height of the refining tower, ie the double pipe system. In order to be able to adjust the height in accordance with the required, changing conditions, the well-known pike system concept explained at the beginning provides for a height-adjustable refining tower. An essential feature of the invention is that the height of the refining tower is constant and the appropriate setting of the process conditions takes place via the controller module 15 . Limits must be observed if as many different types of glass as possible are to be produced in the same system. In the process-technically interesting temperature range for vacuum refining from approx. 1200 ° C to 1600 ° C, the density of the glasses varies between 1.9 g / cm 3 to 2.7 g / cm 3 . The types of glass cover the entire spectrum from borosilicate glasses to AF glasses and lead glasses. This means according to the formula
p = ρ.g.h
p = ρ.gh
p: Druck
ρ: Dichte
h: Höhe
g: Gravitationsbeschleunigung
eine Glasstandshöhe in dem sogenannten "Läuterturm" von hmin = 260 cm und
hmax = 510 cm unter der Voraussetzung, daß der für den Prozess notwendige
Druckbereich in der Läuterkammer zwischen 50 mbar und 300 mbar beträgt.
Nach durchgeführten Laborversuchen ist dieser Bereich für alle Glastypen und
dem oben erwähnten Temperaturbereich sinnvoll. Eine Änderung des
Glasstandes von ca. 250 cm über Druckvariationen unter Beachtung des
Prozeßfensters ist in der Regel nicht unproblematisch. Vorteilhafter ist es
daher, wenn man sich vor dem Bau der Anlage darüber klar ist, welche
Glasarten in dem System produziert werden sollen, um es entsprechend
optimiert auszulegen. Auch ist ein modularer, anpassungsfähiger Aufbau des
Läuterturmes denkbar.p: pressure
ρ: density
h: height
g: gravitational acceleration
a glass stand height in the so-called "refining tower" of h min = 260 cm and h max = 510 cm, provided that the pressure range required for the process in the refining chamber is between 50 mbar and 300 mbar. After laboratory tests, this range is useful for all types of glass and the temperature range mentioned above. A change in the glass level of approx. 250 cm via pressure variations, taking the process window into account, is usually not without problems. It is therefore more advantageous if it is clear before the construction of the system which types of glass are to be produced in the system in order to optimize it accordingly. A modular, adaptable structure of the refining tower is also conceivable.
Ein zweiter bestimmender Faktor sind die Glasstandsänderungen in der Schmelzwanne.A second determining factor is the glass level changes in the Melter.
1. Die Schmelzwanne kann so konstruiert werden und/oder die Fahrweise
durch geeignete Maßnahmen so eingestellt werden, daß ein reliktfreies
Aufschmelzen und die Bereitstellung einer bestimmten Blasenqualität
für den eigentlichen Läuterschritt gewährleistet ist, auch wenn sich der
absolute Glasstand in der Schmelzwanne um bis zu 50 cm ändern sollte.
Die Umrechnung dieser Glasstandsänderung ΔGL = ±25 cm in einen
Druckbereich ergibt ein Δp = 90-135 mbar, was von der Regler-Stufe
15 auszuregeln ist.
Eine Glasstandsänderung in der Schmelzwanne sollte dabei nur langsam
erfolgen. Bei Wannen, die ohne eine zusätzliche Läutereinrichtung, d. h.
allein aufgrund einer chemischen Läuterung, eine konstante Glasqualität
liefern müssen, sind nur Glasstandsänderungen von ca. 1-3 mm/h
tolerabel. Im Fall der Erfindung läßt sich diese Rate auf 5-10 mm/h
steigern, falls reliktfreies Aufschmelzen in der Umschmelzphase
gewährleistet werden kann. Dies ist jedoch extrem glasarten- und
rohstoffabhängig.1. The melting tank can be constructed and / or the driving style can be adjusted by suitable measures so that a relic-free melting and the provision of a certain bubble quality for the actual refining step is guaranteed, even if the absolute glass level in the melting tank is reduced by up to 50 cm should change. The conversion of this glass level change ΔGL = ± 25 cm into a pressure range results in a Δp = 90-135 mbar, which must be corrected by controller stage 15 .
A change in the glass level in the melting tank should only take place slowly. In the case of tubs that have to deliver a constant glass quality without an additional refining device, ie solely due to chemical refining, only glass level changes of approx. 1-3 mm / h are tolerable. In the case of the invention, this rate can be increased to 5-10 mm / h if relic-free melting can be ensured in the remelting phase. However, this is extremely dependent on the type of glass and raw material.
Ein dritter bestimmender Faktor sind die Glasstandsänderungen in der Läuterkammer 5.A third determining factor is the glass level changes in the refining chamber 5 .
Der Glasstand in der Läuterkammer ist für den Gesamtprozeß äußerst kritisch. Es hat sich bei Laborversuchen sowie bei den laufenden bekannten Produktionsanlagen herausgestellt, daß eine Glasstandshöhe Δh4 von ca. 20 ± 10 cm in der Läuterkammer wegen Blasenaufstieg und Schaumentwicklung und -bekämpfung eine sinnvolle Anlagengröße darstellt. Das Glasstandsintervall von 20 cm entspricht einem Druckbereich von Δp = 38-55 mbar. Die Änderung dieses Prozeßglasstandes erfolgt in der Regel in einem Zeitbereich von Stunden oder Tagen, d. h. in der Regel relativ langsam.The glass level in the refining chamber is extremely critical for the overall process. It has been found in laboratory tests as well as in the current known production plants that a glass stand height Δh 4 of approx. 20 ± 10 cm in the refining chamber represents a sensible plant size due to bubble rise and foam development and control. The glass level interval of 20 cm corresponds to a pressure range of Δp = 38-55 mbar. This process glass level is usually changed within a time range of hours or days, ie generally relatively slowly.
Ein vierter bestimmender Faktor sind die Luftdruckschwankungen. Bis auf wirklich extreme Zustände schwankt der atmosphärische Luftdruck zwischen typischen Tiefdruckgebieten mit 980 mbar und Hochdruckgebieten mit 1040 mbar. Dieser Druckschwankungen p von ca. 60 mbar entspricht eine Glasstandsänderung von ca. 22-32 cm. Da sich der atmosphärische Luftdruck sehr schnell ändern kann, müssen diese Schwankungen schnell ausgeglichen werden. Die Regelung sollte im Minutenbereich erfolgen. Das Prozeßfenster darf in bezug auf den zulässigen Druckbereich nicht zu eng sein, da man in bestimmten Situationen über die Ventilstellungen keinen Ausgleich mehr erzielen kann, wie die später erläuterten Fallbeispiele zeigen.A fourth determining factor is the fluctuations in air pressure. Until really extreme conditions, the atmospheric pressure fluctuates between typical low pressure areas with 980 mbar and high pressure areas with 1040 mbar. This pressure fluctuations p of approx. 60 mbar corresponds to one Glass level change of approx. 22-32 cm. Because the atmospheric pressure can change very quickly, these fluctuations must be quickly offset become. The regulation should take place in the minute range. The process window must not be too narrow with regard to the permissible pressure range, since in certain situations over the valve positions no longer compensation can achieve, as the case studies explained later show.
Bei der Auslegung des Reglers sind auch die Positionen der Stellventile 3 und
12/14 einzubeziehen. Diese beiden Ventile haben nur dann einen Einfluß auf
die Druck- und damit Glasstandsverhältnisse im Gesamtsystem, wenn ein von 0
verschiedener Entnahmedurchsatz eingestellt wird. Die durch die Ventile
verursachten Glasstandsabfälle oder dynamischen Druckabfälle werden durch
die folgende Formel beschrieben:
In the design of the controller and the positions of the control valves are / include 3 to 12 fourteenth These two valves only have an influence on the pressure and thus glass level conditions in the overall system if a withdrawal throughput different from 0 is set. The glass level drops or dynamic pressure drops caused by the valves are described by the following formula:
Δh = DS.Ventilfaktor (Geometrie, Eintauchposition,
Glaseigenschaften)
Δh = DS.valve factor (geometry, immersion position, glass properties)
DS: DurchsatzDS: throughput
Das Ventil 12 ist dabei mit einem "Rührwerk" 14 kombiniert. Durch die spezielle Form der "Rührflügel" und Umdrehungsrichtung sowie -zahlen kann dadurch sowohl eine zusätzliche Sperrwirkung als auch eine weitere Homogenisierung der Glasmasse erreicht werden. Die durch die Ventile verursachten Druck- oder Glasstandsänderungen erfolgen schnell und sind somit für kurzfristige oder schnell durchzuführende Änderungen einzusetzen.The valve 12 is combined with an "agitator" 14 . Due to the special shape of the "agitator blades" and the direction and numbers of rotation, both an additional blocking effect and a further homogenization of the glass mass can be achieved. The pressure or glass level changes caused by the valves occur quickly and can therefore be used for short-term or quick changes.
Ferner ist bei der Regler-Auslegung das beschriebene Prozeßfenster einzubeziehen. Für jedes Glas ist ein bestimmtes Prozeßfenster einzuhalten. Damit nach der Unterdruckanwendung die Glasqualität gut ist (keine Blasen, möglichst wenig Schaum auf der Oberfläche, wenn keine geeigneten Maßnahmen zur Schaumbekämpfung ergriffen werden), sind bestimmte Temperatur-Druckbereiche und ein Durchsatzintervall einzuhalten. Der Druck und die Temperatur bestimmen vor allem die Blasengröße, Diffusionsgeschwindigkeiten der im Glas gelösten Gasspezies und die Blasenneubildung im eigentlichen Läuterteil. Bei gegebener Geometrie der Anlage bestimmt der Durchsatz zusammen mit den Temperaturen in der Glasmasse neben der Blasengröße, ob die am Ende des Steigrohres vorhandenen Blasen aufgrund ihres physikalischen Aufstieges im Läuterteil 10 aus der Schmelze entfernt werden können.Furthermore, the process window described must be included in the controller design. A specific process window must be observed for each glass. In order for the glass quality to be good after the vacuum application (no bubbles, as little foam on the surface as possible if no suitable measures to combat foam are taken), certain temperature-pressure ranges and a throughput interval must be observed. The pressure and the temperature mainly determine the bubble size, diffusion rates of the gas species dissolved in the glass and the formation of new bubbles in the actual refining part. Given the geometry of the plant, the throughput, together with the temperatures in the glass mass, in addition to the bubble size, determines whether the bubbles present at the end of the riser tube can be removed from the melt due to their physical ascent in the refining part 10 .
Zur besseren Übersicht der bisherigen Ausführungen dient die nachstehende tabellarische Zusammenfassung, wobei für die bestimmenden Faktoren 2 und 3 eine Dichte des Glases von 2 g/cm3 angenommen wurde und SW die Schmelzwanne und LK die Läuterkammer bedeutet.The table below provides a better overview of the previous statements, whereby a density of 2 g / cm 3 was assumed for the determining factors 2 and 3 and SW means the melting tank and LK the refining chamber.
Im folgenden wird das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten beschrieben.The following is the interaction of the individual components described.
Für einen erfolgreichen Prozess sind zwei Bedingungen unbedingt einzuhalten. Der Glasstand kurz vor dem Formungsprozess (Blasen, Pressen, Walzen, Floaten etc.) ist konstant zu halten. Die Regelung muß in der Lage sein, im Zehntelmillimeterbereich zu arbeiten. Das für die Unterdruckläuterung notwendige Prozeßfenster (Temperatur, Druck, Durchsatz) darf nicht verlassen werden, weil ansonsten die notwendige Glasqualität nicht mehr sichergestellt werden kann.There are two conditions that must be met for a successful process. The glass stand just before the molding process (blowing, pressing, rolling, Float etc.) must be kept constant. The scheme must be able to To work tenths of a millimeter. That for the vacuum purification the necessary process window (temperature, pressure, throughput) must not be left because otherwise the necessary glass quality can no longer be guaranteed can be.
Bei den bekannten Anlagen sind die geometrischen Verhältnisse nicht veränderbar. Parameter, die über eine intelligente Regelung gemäß der Erfindung beeinflußbar sind, sind Temperatur, Durchsätze und Druckverhältnisse.In the known systems, the geometric relationships are not variable. Parameters that are based on intelligent control according to the Invention can be influenced, are temperature, throughputs and Pressure conditions.
Eine Aufgabe der Ventile 3, 12/14 ist, den Glasstand im Verarbeitungsbereich
(hinter Ventil 12/14) konstant zu halten. In diesem Bereich wird je nach
Empfindlichkeit des Artikels eine Genauigkeit der Glasstandshöhe im Bereich
von 0,1 mm gefordert. Das Ventil 12/14 nimmt hauptsächlich diese Funktion
wahr. Je nach Stellung des Ventils 3, welches noch Einfluss auf die
Läuterkammer 5 ausübt, muß das Ventil 12/14 ausgleichend wirken. Der
Regelbereich wird durch den Glasstand in der Schmelzwanne 1 definiert.
Aufgrund der Rohrquerschnitte, Länge der Anlage, der Ventilgeometrien und
-positionen zusammen mit dem Entnahmedurchsatz, der über die
Einlegemaschine gesteuert wird, ergibt sich ein bestimmter dynamischer
Druckverlust Δp zwischen der Schmelzwanne 1 und dem Verarbeitungsbereich:
An object of the valves 3, 12/14 is to keep the glass level in the processing area (behind valve 12/14) constant. In this area, depending on the sensitivity of the article, an accuracy of the glass stand height in the range of 0.1 mm is required. The valve 12/14 is mainly true this function. Depending on the position of the valve 3, which exerts more influence on the refining chamber 5, the valve must 12/14 have a balancing effect. The control range is defined by the glass level in the melting tank 1 . Due to the pipe cross-sections, the length of the system, the valve geometries and positions together with the throughput, which is controlled by the insertion machine, there is a certain dynamic pressure loss Δp between the melting tank 1 and the processing area:
Δp = DS.(fVentil3 + fVentil12/14 + fRohrsystem) ~ Δh = Δh1 + Δh2
Δp = DS. (F valve3 + f valve12 / 14 + f pipe system ) ~ Δh = Δh 1 + Δh 2
DS: Durchsatz
f: dynamische Kenngrößen
h: HöheDS: throughput
f: dynamic parameters
h: height
Oben wurde die maximale Glasstandsänderung in der Schmelzwanne mit 50 cm angegeben. Bei einer angenommenen Dichte des Glases von 2 g/cm3 und Anheben des Glasstandes in der Schmelzwanne auf 50 cm über dem Niveau im Verarbeitungsbereich bedeutet dies einen Druck von ca. 100 mbar. Der durch den Durchsatz, das Rohrsystem und die Ventilstellungen hervorgerufene dynamische Druckabfall muß also 100 mbar betragen. Ändert sich der Durchsatz aufgrund einer geänderten Prozeßeinstellung in der Läuterkammer (z. B. andere Temperaturen, Drücke), muß dies durch andere Ventilstellungen ausgeglichen werden und umgekehrt.Above, the maximum glass level change in the melting tank was given as 50 cm. With an assumed density of the glass of 2 g / cm 3 and raising the glass level in the melting tank to 50 cm above the level in the processing area, this means a pressure of approx. 100 mbar. The dynamic pressure drop caused by the throughput, the pipe system and the valve positions must therefore be 100 mbar. If the throughput changes due to a changed process setting in the refining chamber (e.g. different temperatures, pressures), this must be compensated for by different valve positions and vice versa.
Neben den Ventilen ist die Läuterkammer 5 eine wesentliche zu betrachtende Komponente. Für den Vakuumläuterprozess ist neben Temperaturen der Absolutdruck in der Läuterkammer wichtig. Wie bereits oben beschrieben, ist schon allein aufgrund des großen Dichtebereiches der Gläser eine Einschränkung auf einen bestimmten Dichtebereich (Glasarten) sinnvoll. In der Regel wird das Druckbereichsfenster für den Prozess ca. 150 mbar betragen, d. h. man konzipiert die Anlage so, daß der wahrscheinlichste Absolutdruck die Höhe des Läuteraggregates bestimmt. Der Variationsbereich von ±75 mbar muß dann über intelligente Maßnahmen und Regelstrategien der Stufe 15 abgedeckt werden, und zwar durch eine Regelung der Vakuumpumpen und eine Verstellung der Ventilpositionen. Die Größe Δh3 entspricht dabei einem Δp, gegeben durch die Differenz zwischen dem Umgebungsdruck in der Schmelzwanne (I bar) und dem Unterdruck im Läuterteil (X bar). In addition to the valves, the refining chamber 5 is an essential component to be considered. In addition to temperatures, the absolute pressure in the refining chamber is important for the vacuum refining process. As already described above, a restriction to a certain density range (types of glass) makes sense, if only because of the large density range of the glasses. As a rule, the pressure range window for the process will be approx. 150 mbar, ie the system is designed so that the most likely absolute pressure determines the height of the refining unit. The range of variation of ± 75 mbar must then be covered by intelligent measures and control strategies of level 15 , namely by regulating the vacuum pumps and adjusting the valve positions. The size Δh 3 corresponds to a Δp, given by the difference between the ambient pressure in the melting tank (I bar) and the negative pressure in the refining part (X bar).
- - ρGlas = 2 g/cm3 - ρ glass = 2 g / cm 3
- - Glasstand in der SW 25 cm über dem der Verarbeitung = ~50 mbar dynamischer Druckverlust- Glass stand in the SW 25 cm above the processing = ~ 50 mbar dynamic pressure loss
- - Prozeßdruckfenster in der LK: 50-200 mbar- Process pressure window in the LC: 50-200 mbar
- - aktueller Absolutdruck in der LK: 125 mbar- Current absolute pressure in the LC: 125 mbar
- - Glasstand über Boden in der LK: 20 cm- Glass stand above the floor in the LK: 20 cm
-
- äußerer Luftdruck: 1000 mbar
- 1. Luftdruck fällt um 40 mbar = ~20 cm Glasstand
- 2. Glasstand über Boden in der LK würde auf 0 cm fallen
- 3. Regelstrategie
- 4. mit Hilfe der Vakuumpumpe den Absolutdruck auf 85 mbar erniedrigen, da dieser Druck noch innerhalb des Prozeßfensters liegt. Dabei sind über Heizleistungen die für diesen Druck optimalen Temperaturen einzustellen
- 5. oder die Ventilpositionen ändern, da hier 50 mbar Spielraum besteht. Dies ist komplexer als a), da hier der Durchsatz mit eingeht.
- 6. oder eine Kombination von a) und b).
- 1. Air pressure drops by 40 mbar = ~ 20 cm glass level
- 2. Glass level above the floor in the LC would drop to 0 cm
- 3. Control strategy
- 4. Use the vacuum pump to lower the absolute pressure to 85 mbar, since this pressure is still within the process window. The optimum temperatures for this pressure must be set using heating power
- 5. Or change the valve positions, as there is 50 mbar of scope. This is more complex than a), since the throughput is included here.
- 6. or a combination of a) and b).
Wenn der Luftdruck um 60 mbar = ~30 cm Glasstand sinkt, muß in jedem Fall eine Kombination von Vakuumpumpe und Ventilen gewählt werden, wobei in diesem Fall die Regelung über die Vakuumpumpe ausreichend wäre, da der Druck noch innerhalb des Prozeßfensters liegt.If the air pressure drops by 60 mbar = ~ 30 cm glass level, in each If a combination of vacuum pump and valves is selected, in this case the regulation via the vacuum pump would be sufficient, because the pressure is still within the process window.
- 1. Glasstand über Boden LK um 5 cm = ~10 mbar anheben1. Raise glass level above floor LK by 5 cm = ~ 10 mbar
- 2. wenn man Zeit hat, 5 cm Glasstand in der SW aufbauen 2. If you have time, set up a 5 cm glass stand in the SW
- 3. oder über die Vakuumpumpe mit gegebenenfalls Heizung, um Temperaturen optimal anzupassen (schnelle Reaktion)3. or via the vacuum pump with heating if necessary Adjust temperatures optimally (quick reaction)
- 4. oder über Ventil 3 (mehr öffnen), um 10 mbar dynamischen Druckverlust zu gewinnen. Dafür muß das Ventil 12/14 mehr geschlossen werden, um den Glasstand in der Verarbeitung zu halten (elegante Lösung).4. or via valve 3 (open more) to gain 10 mbar dynamic pressure loss. For this purpose the valve 12/14 has to be closed more, to keep the glass level in the processing (elegant solution).
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