DE10235587B4

DE10235587B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Läutern einer Glasschmelze

Info

Publication number: DE10235587B4
Application number: DE2002135587
Authority: DE
Inventors: Kurt Holtberg; Günter Weidmann
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-08-03
Filing date: 2002-08-03
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2022-08-04
Also published as: DE10235587A1

Abstract

Vorrichtung zum Läutern einer Glasschmelze;
1.1 mit einer Rohrleitung (1);
1.2 die Rohrleitung weist ein Läuterteil (1.1), eine Zulaufleitung (1.2) und eine Auslaufleitung (1.3) für Glasschmelze auf;
1.2 die Rohrleitung (1) ist in Windungen verlegt;
1.3 die Windungen verlaufen horizontal und liegen aneinander.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Herstellen von Glas aus Scherben oder Gemenge. Die drei wesentlichen Stationen des Herstellungsprozesses umfassen das Erschmelzen, sodann das Läutern und schließlich das Homogenisieren.

Die Herstellung von hochwertigen Spezialgläsern erfordert nach dem Einschmelzen den Prozessschritt der Läuterung, um Restblasen aus der Schmelze zu entfernen, gefolgt von der Homogenisierung; hierzu wird beispielhaft auf die DE 24 26 297 verwiesen. Bekannt ist die Läuterung von Gläsern mit Zugabe von Läutermitteln wie Redox-Läutermitteln oder Verdampfungs-Läutermitteln. Neben der chemischen Läuterung werden auch physikalische Effekte zum Austreiben der Blasen und damit zur Läuterung genutzt, wie beispielsweise die Zentrifugalkraft ( US 3 893 836 ).

Es ist bekannt, die Läuterung in einem Läutertiegel vorzunehmen. Siehe DE 100 41 757 C1 . Aus der FR 1 004 374 geht ein Läuterkanal mit vom Boden und der Decke ausgehenden Strömungshindernissen hervor.

Es ist ferner bekannt, die Läuterung in einer sogenannten Rohrläuterkammer vorzunehmen. Eine solche Rohrläuterkammer umfasst als wesentliches Bauteil ein Rohr aus Edelmetall, beispielsweise aus Platin, ferner ein Isolations-Mauerwerk, in welches das Rohr eingebettet ist. Das Rohr weist an seinem einen Ende einen Zulauf und an seinem anderen Ende einen Auslauf auf. Es ist elektrisch beheizt. Es kann mit Staublenden versehen sein, die quer zur Strömung der fließenden Schmelze angeordnet sind und die den Läuterprozess fördern sollen.

Die Schmelze bildet innerhalb des genannten, im wesentlichen horizontal verlaufenden Rohres einen Spiegel. Die Blasen steigen zum Spiegel auf, sammeln sich oberhalb des Schmelzespiegels und werden als Gasstrom abgeführt.

Die Temperatur der Schmelze beim Läuterprozess ist eine äußerst kritische Größe. Die Läutertemperatur kann außerordentlich hoch sein und Werte von zwischen 1700 und 3000 Grad Celsius erreichen, je nach Glassynthese und Anforderungen an die Glasqualität. Dabei kommt es auf ein gewisses Gleichmaß der Temperatur an. Die Schmelze soll am Auslauf aus dem genannten Rohr eine definierte Temperatur für die Verarbeitung (z. B. Speisen, Rühren) haben. Es findet nämlich auf dem Wege der Schmelze durch das Rohr eine gewisse Abkühlung statt, ungeachtet der Isolierung des Mauerwerkes.

Eine Korrektur durch entsprechende Steigerung der Heizleistung entlang des Rohres ist zwar möglich. Hierzu können Heizflansche in gewissen gegenseitigen Abständen entlang des Rohres angeordnet werden. Der Energieentzug ist im Bereich der Heizflansche ein größerer, als in einem mittleren axialen Bereich zwischen den Heizflanschen. Dies führt zu axialen Temperaturgradienten. Es ist bekannt, dass Temperaturdifferenzen an zwei Stellen eines elektrischen Leiters Spannungsdifferenzen erzeugen (Seebeck-Effekt). Dabei ist die Spannungsdifferenz etwa proportional der Temperaturdifferenz. Es bilden sich Anoden und Kathoden, und damit Lokalelemente. An der heißesten Stelle, der Anode, wird Sauerstoff in Form von Blasen freigesetzt, den sogenannten Sekundärblasen.

Ein weiteres Problem besteht in Folgendem:
Glasschmelzen enthalten häufig Wasserdampf. Wie man weiß, vermag Wasserstoff durch die Platinwand des Rohres hindurch zu diffundieren. Zurück bleibt O₂ in Form von Blasen, die ebenfalls wiederum abgeschieden werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach Art einer Rohrläuterkammer sowie ein Verfahren derart zu gestalten, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll bei minimalem Aufwand eine Gleichmäßigkeit der Temperatur der Schmelze auf dem gesamten Strömungswege innerhalb der Läuterkammer erzielt werden. Die Bildung von O₂-Blasen soll vermieden werden. Schließlich soll der Raumbedarf minimiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Demgemäß wird die Rohrleitung im Mauerwerk in Windungen verlegt, die horizontal verlaufen und mittelbar oder unmittelbar aneinander anliegen. Zu bevorzugen ist das unmittelbare Anliegen zweier einander benachbarter Windungen.

Dies hat zahlreiche Vorteile:
Liegen die Windungen aneinander an, beispielsweise nach Art einer Spirale oder nach Art eines Mäanders, so werden wenigstens einige der Windungen beidseits von benachbarten Windungen begrenzt. Es kann somit nicht zu einem dramatischen Abfall der Temperatur der Schmelze auf deren Strömungsweg kommen. Dies gilt sowohl bei einer spiraligen Anordnung, als auch bei einer mäanderartigen Anordnung.

Liegen die Windungen berührend aneinander an, so hat dies einen weiteren Vorteil: Es wird ein Hindurchdiffundieren von Wasserstoff durch die Wandung zwischen zwei Windungen vermieden, und damit auch das Entstehen von O₂-Blasen.

Zu alledem kommt die äußerst kompakte Bauweise, die es erlaubt, auf einem bestimmten Raum einen höheren Durchsatz an Schmelze zu bewältigen, als in herkömmlichen Rohrläuterkammern.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine Rohrläuterkammer mit einer spiraligen Rohrleitung in perspektivischer Darstellung.
2 zeigt den Gegenstand von 1 in einer Aufrissansicht im Schnitt.
3 zeigt den Temperaturverlauf der Schmelze auf deren Strömungsweg durch die Vorrichtung gemäß 2.
4 zeigt schematisch die mäanderartige Anordnung von Rohrabschnitten.
5 zeigt eine Rohrläuterkammer herkömmlicher Bauart.
Die in 1 dargestellte Läuterkammer umfasst eine Rohrleitung 1. Der Läuterteil 1.1 der Rohrleitung 1 ist spiralig gestaltet. Hierin findet der Läuterprozess statt.
Dem Läuterteil 1.1 ist eine Zulaufleitung 1.2 mit einem horizontalen Teil 1.2.1 und einem Steigrohr 1.2.2 vorgeschaltet. Eine Auslaufleitung 1.3 ist nachgeschaltet.
Die Glasschmelze strömt in das elektrisch beheizte Steigrohr 1.2.2 und gelangt mit Läutertemperatur in das Zentrum des Läuterteiles 1.1. Die geläuterte Schmelze tritt sodann durch die Auslaufleitung 1.3 aus dem Läuterteil aus. Die abgeschiedenen Gase werden durch eine hier nicht dargestellte Abzugsleitung nach oben abgezogen.
Die geläuterte Schmelze strömt aus der Auslaufleitung 1.3 zu einem hier nicht dargestellten Rührtiegel, in welchem eine Homogenisierung stattfindet.
Da die Ausführung sehr kompakt ist, wird Raum gewonnen, der beispielsweise dazu genutzt werden kann, die Schmelze auf dem Wege zum Rührtiegel zu kühlen, zum Beispiel in einer eigenen Kühleinrichtung.
Wie man sieht, sind bei dem spiralig gestalteten Läuterteil die einzelnen Windungen lediglich durch eine einzige Wand voneinander getrennt. Eine H₂-Diffusion durch die jeweiligen Trennwandabschnitte kann daher nicht stattfinden. Deshalb kommt es auch nicht zu einer O₂-Blasenbildung.
Naturgemäß ist bei einer Spirale jede Windung von einer inneren und einer äußeren Windung umgeben – abgesehen von der innersten und der äußersten Windung. Deswegen findet auch nur eine mäßige Abkühlung auf dem Wege der Strömung von der Zulaufleitung zur Auslaufleitung statt.
Die Rohrleitung 1 ist in Mauerwerk 10 eingebettet. Dieses ist von besonders hoher Isolierwirkung.
Aufgrund der thermischen Kapselung zufolge der spiraligen Anordnung verringert sich die erforderliche Isolierwandstärke des Mauerwerkes.
Die Vorrichtung ist besonders geeignet für optische Gläser.
Die in 2 gezeigte Darstellung lässt wiederum die Rohrleitung 1 erkennen mit der Zulaufleitung 1.2 und der Auslaufleitung 1.3. Die Spirale ist von einem Deckel 1.4 abgedeckt. Im Zentrum befindet sich eine Abzugleitung 1.5 zum Abführen der aus den Gasblasen angesammelten Gase.
Aus 3 erkennt man, dass die Temperatur der Schmelze bei ihrem Eintritt in das Steigrohr 1.2.2 langsam ansteigt, und sodann vom Zentrum des Läuterteiles 1.1 zur Auslaufleitung 1.3 hin langsam abfällt. Dabei sind Anstieg und Abfall übertrieben dargestellt.
Die in 4 dargestellte Alternative weist ein Läuterteil 1.1 auf, nach Art eines Mäanders gestaltet. Siehe die Zulaufleitung 1.2 und die Auslaufleitung 1.3.
Auch hier sind die einzelnen Windungen lediglich durch eine einzige Trennwand voneinander getrennt – ausgenommen die erste und die letzte Windung des Läuterteiles 1.1.
Die in 5 gezeigte konventionelle Rohrläuterkammer umfasst wiederum ein Rohr 1. Das Läuterteil 1.1 ist gradlinig und relativ lang, beispielsweise 2,5 m. Es hat einen Durchmesser von beispielsweise 140 mm. Man erkennt eine Anzahl von Staublenden 1.6. Diese könnten auch bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen verwendet werden.
Auch hier ist das Läuterteil 1.1 in Mauerwerk 10 aus isolierendem Material eingebettet.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen dienen insbesondere zum Läutern von Schmelzen in relativ kleinen Quanten, im Gegensatz zu Gläsern, die in Tiegeln oder Wannen erschmolzen werden.
Statt der spiraligen oder mäanderartigen Gestaltung der Windungen des Läuterteiles 1.1 ist auch eine andersartige Gestaltung denkbar. Wesentlich ist, dass mehrere Abschnitte oder Windungen des Läuterteiles 1.1 möglichst nahe beieinander liegen, am besten berührend, so dass sowohl das Erfordernis des optimalen Wärmehaushaltes als auch das Erfordernis der minimalen O₂-Blasenbildung erfüllt wird.

Claims

Vorrichtung zum Läutern einer Glasschmelze; 1.1 mit einer Rohrleitung (1); 1.2 die Rohrleitung weist ein Läuterteil (1.1), eine Zulaufleitung (1.2) und eine Auslaufleitung (1.3) für Glasschmelze auf; 1.2 die Rohrleitung (1) ist in Windungen verlegt; 1.3 die Windungen verlaufen horizontal und liegen aneinander.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1) in eine Isolationsmasse (10) eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsmasse ein Isolationsmauerwerk (10) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrleitung ein Auslass (1.5) zum Abführen von Gas zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen spiralig gestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen mäanderförmig gestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aneinander anliegende Windungen durch eine einzige Wandung voneinander getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Windungen der Rohrleitung (1) eine Heizung zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen aus Edelmetall ausgeführt sind, und dass die Wände der Windungen zwecks direkter Beheizung stromführend sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1) zur Auslaufleitung (1.3) hin ein Gefälle aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bodenfläche des Läuterteiles (1.1) zwischen dessen Einlass und dessen Auslass vergrößert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks indirekter Beheizung einander benachbarte Heizelemente vorgesehen sind.
Verfahren zum Läutern einer Glasschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass zur Läuterung eine Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird.