DE1033861B - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Glas - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf das kontinuierliche Schmelzen des Glases in einem Wannenofen; sie betrifft unmittelbar dasjenige Stadium der Schmelze, das sich zwischen der Läuterzone und dem Arbeitsbereich einstellt.

Es ist bekannt, daß man während dieses Stadiums die geläuterte Glasmasse nach einem Verfahren abkühlt, das ihr denjenigen thermischen Zustand verleiht, der der Arbeitsweise am besten angepaßt ist. Aus diesem Grunde wird dieses Stadium allgemein als »Homogenisierung des Glases für die Bearbeitung« bezeichnet.

Die Erfindung hat die thermische Behandlung des Glases für das kontinuierliche Ziehen eines Blattes aus der freien Oberfläche des Bades zum Ziel, sei es, daß das Ziehbad nur eine geringe Tiefe aufweist wie beim Libbey-Owens-Verfahren oder daß es tief ist wie beim Pittsburgh-Verfahren. Die Erfindung ist auch für die anderen Verfahren zum Ziehen des Glases in Blattform von Interesse, besonders für diejenigen, bei denen das Blatt, das man in kontinuierlicher Weise zieht, in Berührung mit einem Körper aus feuerfestem Material, der sogenannten »Ziehdüse«, die auf der Oberfläche des Ziehbades schwimmt, gebildet wird.

Bei den bekannten Verfahren kühlt sich das Glasbad in bedeutendem Ausmaß in der Zone der Homogenisierung durch Hitzeausstrahlung auf das Mauerwerk des Oberbaus, besonders auf das Gewölbe, ab. Es ist bekannt, daß dieser Wärmeverlust durch Ausstrahlung nach oben die beiden nachstehenden Folgen hat:

Die Oberfläche des Bades hat eine Temperatur, die niedriger ist als die der darunterliegenden Schichten; längs jeder vertikalen Schicht existiert in dem Bad ein Temperaturmaximutn, das in einer bestimmten Tiefe liegt.

Es wurde festgestellt, daß zwischen den Schichten mit Maximaltemperatur und den darunterliegenden Schichten ein konvektiver Wärmeaustausch stattfindet.

Ein derartiger Wärmeaustausch verursacht im Inneren und an der Oberfläche des Glasbades plötzliche örtliche Temperaturänderungen, die sich im Augenblick des Glasziehens in Unregelmäßigkeiten der Dicke des gezogenen Glasblattes, d. h. in Unebenheiten oder Wellenbildung seiner Oberfläche auswirken.

Dieser konvektive Wärmeaustausch ist von dem Temperaturunterschied, der zwischen der Schicht mit der höchsten Temperatur und der obersten Schicht des Glasbades besteht, abhängig.

Unter den verschiedenen Faktoren, von denen dieser Temperaturunterschied, »Gradient« genannt, Verfahren und Vorrichtung
zur thermischen Behandlung von Glas

Anmelder:

Compagnies Reunies des Glaces

et Verres speciaux du Nord de la France,

Paris

Vertreter: Dr. F. Zumstein
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann,
Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 28. März 1955

Dr. Bernard Long, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

abhängt, sind die folgenden zu nennen: Die Absorptions- und Strahlungseigenschaften des Glases; die Wärmeisolierung des Gewölbes; die Tiefe des Glasbades, die einen sehr wichtigen Faktor darstellt, denn wenn man aus fabrikationstechnischen Erwägungen gezwungen ist, die Tiefe des Bades zu verringern, kann sich der vorerwähnte Temperaturgradient beträchtlich vergrößern; diese Vergrößerung ist übrigens im allgemeinen ein Nachteil beim Ziehen aus der freien Oberfläche eines Glasbades von geringer Tiefe.

Die Erfindung hat den Zweck, den konvektiven Wärmeaustausch in dem Glasstrom, der zur Arbeitszone fließt, zu unterbinden, und zwar in einer Zone, die unmittelbar vor der Arbeitszone liegt.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen also eine Verbesserung der Planheit der Oberflächen der Glasblätter.

Gemäß der Erfindung soll innerhalb dieses Glasflusses keine Glasschicht ein Temperaturmaximum aufweisen.

Das Ziel der Erfindung ist erreicht, wenn man es so einrichtet, daß die Temperatur nicht steigt, wenn man in senkrechter Richtung in den Glasfluß von seiner Oberfläche her eindringt. Erfindungsgemäß wird der Gefahr von konvektiven Bewegungen nebeneinanderliegender Raumteile durch verschiedenste

809 560/188

Temperatur und damit in Verbindung stehendes verschiedenes spezifisches "Gewicht begegnet, indem man das Glas vor der Aushebestelle einer Wärmebehandlung in einer Kammer von geringer Tiefe unterwirft. Dadurch werden die bekannten Nachteile vermieden, die sich beim Ziehen des Glases ergeben.

Erfindungsgemäß soll die Wärmeabgabe des Glasflusses durch das Mauerwerk des Oberbaus der Kammer sowie durch seitlich begrenzte Wände weitgehend unterbunden werden,- während man gleichzeitig durch den Boden eine regulierbare Wärmeabgabe ermöglicht. Dadurch wird der Temperaturgradient, der in dem Glasfluß vor seinem Eintritt in die Kammer bestand, zum mindesten teilweise kompensiert, beseitigt oder sogar in einen umgekehrten Temperaturgradienten verwandelt. Dieser ist weniger störend, weil durch ihn keine thermischen Konvektionsströme hervorgerufen werden können. Durch die Wärmeabführung in der unteren Schicht wird in dem Glasfluß ein (sekundärer) Temperaturgradient erzeugt, welcher dem (primären) Gradienten, welcher darin vor dem Eintritt in die Kammer bestand, entgegengerichtet ist.

Man wird leicht verstehen, daß man bei Anwendung der Erfindung durch die Verteilung der Dichten und die Beherrschung der laminaren Strömung des Glases in dem Bad die Gefahr von konvektiven Bewegungen der. nebeneinanderliegenden Adern und Flächen, die verhältnismäßig hohe Temperaturunterschiede aufweisen, beseitigt und daß man infolgedessen die wohlbekannten Nachteile vermeidet, die sich hieraus beim Ziehen ergeben.

Da die Wärmeverluste nur noch durch die untere Schicht des Glasflusses erfolgen, wird dadurch in diesem Glasfluß ein Temperaturgradient (sekundärer Gradient) erzeugt, der entgegengesetzt zu dem Gradienten, welcher darin, vor dem Eintritt in die Kammer bestand (dem primären Gradienten), gerichtet ist. Man ersieht hieraus, daß dieser sekundäre Gradient durch eine Regulierung -dieser Wärmeverluste entweder nur die Intensität des primären Gradienten verringern kann oder den primären Gradienten kompensieren kann oder dessen Richtung umkehren kann, d. h. der sekundäre Gradient kann bewirken, daß beim Austritt des Glasflusses aus der Kammer die freie Oberfläche eine höhere Temperatur hat als die darunterliegenden Schichten.

Eine möglichst vollständige Unterdrückung des Wärmeverlustes des in der Kammer befindlichen Glasflusses vermittels des Mauerwerks des Oberbaus und der Seitenwände, d. h. eine Änderung des thermischen Gradienten, ist .nicht schwierig, da der Bereich der in Frage stehenden Temperaturen zwischen 1000 und 1200° C liegt, so daß man nur die üblichen wärmeisolierenden Materialien zu verwenden hat.

Die Wärmeisolierung der seitlichen Wände dürfte keine wesentliche Erhöhung der Korrosion herbeiführen, da die Glastemperatur verhältnismäßig niedrig liegt.

Es können verschiedene Mittel angewendet werden, um Wärme durch den Boden der Kammer strömen zu lassen.

1. Man behält die übliche Dicke des Bodens bei und wählt eine der beiden Möglichkeiten: a) Bei den Böden, die aus Materialien vom üblichen Kieselsäure-Tonerde-Typ, bestehen und die eine verhältnismäßig niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, kühlt man die äußere Oberfläche durch ein Gebläse oder durch Kontakt mit einem Wässerkühler;

b) -besteht der Boden aus elektrisch geschmolzenem Material'auf der Basis von Mullit, von Mullit und Zirkon oder von Korund, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die unter a) erwähnten Ma-S terialien aufweisen, genügt eine Kühlung durch die natürliche Wärmeabgabe an die Luft, oder man erzielt diese Wärmeabgabe durch ein Windgebläse.

2. Man vermindert die Dicke des Bodens ganz ίο wesentlich und erhöht eventuell noch zusätzlich den natürlichen Wärmeverlust (z. B. durch Windgebläse, Kühlschirm usw.).

Die Wirksamkeit der unter 1 erwähnten Mittel ist verhältnismäßig gering. Man wendet daher vorzugsweise das unter 2 erwähnte Mittel an, d. h. man vermindert die Dicke des Bodens.

Deshalb setzt man vorzugsweise die Dicke der großen Steine, die den Boden der Kammer vor der Arbeitszone bilden und deren gewöhnliche Dicke etwa 30 cm beträgt, auf 20 cm, 15 cm und sogar noch weiter herab. Die Außenfläche des Bodens der Kammer wird dann auf eine Temperatur gebracht, bei der die Strahlungsverluste merklich sind. Diese Verluste kann man auch durch Wasserumlaufkühler, die in veränderlichem Abstand vom Boden angebracht werden, regulieren.

Die Verminderung der Dicke des Bodens hat offensichtlich keine Nachteile im Hinblick auf eventuelle Undichtigkeiten an den Fugen der feuerfesten Steine, denn die Glas-Charge in der Kammer ist klein, und die Abkühlung durch Strahlung ist kräftig. Dadurch, daß der Wärmeverlust durch die Oberbauten und die Seitenwände praktisch ausgeschaltet wird, ist es möglich, die Wärmeverluste durch den Boden der Kammer in dem gewünschten Sicherheitsbereich im Hinblick auf die Entglasung zu regulieren.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders gut für das Ziehen aus der freien Oberfläche eines Bades von geringer Tiefe, da die Kammer zur Änderung des thermischen Gradienten gemäß der Erfindung eine Tiefe hat, die der Tiefe des Ziehbehälters entspricht; jedoch kann die Erfindung, wie schon oben ausgeführt, auch dann angewandt werden, wenn das Ziehbad tief ist, da der Ziehprozeß entweder wie beim Pittsburgh-Verfahren von der freien Oberfläche des Bades ausgehend durchgeführt werden kann oder von dem Spalt eines auf der Oberfläche schwimmenden feuerfesten Körpers wie beim Fourcault-Verfahren.

Bei diesen beiden Verfahren mit einem tiefen Ziehbad stellt die Kammer zur Änderung des thermischen Gradienten eine Verbindung zwischen der Schmelzzone und dem oberen Teil des Ziehbades dar. Da der . Glasfluß, der in das Ziehbad einströmt, mehr Glas führt, als zur Bildung des Blattes nötig ist, wird der untere Teil des Ziehbades durch einen Kanal, der unterhalb der thermischen Behandlungszone verläuft, verbunden, damit sich ein Rückstrom ausbilden kann, der von der Ziehkammer nach der Schmelzzone des Ofens hin gerichtet ist.

Nach der Erfindung ist die Temperatur der Oberfläche des Glasflusses, der das Ziehbad speist, nicht niedriger als die der darunterliegenden Schichten. Der Glasfluß enthält also keine thermokonvektiven Strömungen, und es treten weder in seinem Innern noch an seiner Oberfläche sprunghafte Temperaturunterschiede auf.

Um die Erfindung besser verständlich zu machen,

werden als Beispiele, die jedoch keine Begrenzung darstellen sollen, zwei Arten der Ausführung der Er-

iindung beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind; die Fig. 1 his 4 haben folgende Bedeutung:

Fig. 1 zeigt einen axialen Längsschnitt einer Kammer zur Änderung des thermischen Gradienten gemäß der ersten Art der Ausführung der Erfindung für den Fall, daß man das Blatt aus einem Bad von geringer Tiefe zieht wie z.B. beim Libbey-Owens-Verfahren;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch II-II der Fig. 1 in größerem Maßstab;

Fig. 3 zeigt im axialen Längsschnitt eine Kammer zur Änderung des thermischen Gradienten nach einer zweiten Art der Ausführung der Erfindung und einen Kanal zum Rückfluß des Glases für den Fall, daßman das Blatt aus einem Bad von großer Tiefe zieht, wie z. B. beim Pittsburgh-Verfahren;

Fig. 4 schließlich ist in größerem Maßstab ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3.

Wenn man Fig. 1 betrachtet, so sieht man, daß der Glasfluß nach Durchfließen der sehr tiefen Zone 1 im Wannenofen von Hnks nach rechts in Richtung des Pfeiles f die Kammer 2 zur Änderung des thermischen Gradienten durchströmt und dann das Ziehbad 3 speist. Aus der freien Oberfläche 4 dieses Bades zieht man in vertikaler Richtung kontinuierlich das Blatt F, das über die Biegewalze 5 gebogen wird.

Vor der Eintrittsöffnung in die Wanne 2 ist am oberen Teil der Wannenwandung eine geneigte Fläche 9 angeordnet, an die sich der Boden 6 anschließt.

Beim Durchfließen der Kammer 2, in der sich gemäß der Erfindung die Änderung des vorher vorhandenen primären thermischen Gradienten vollzieht, ist der Glasfluß, der in Richtung des Pfeiles f zum Ziehbad strömt, in Kontakt mit dem Boden 6, welcher sine geringe Dicke aufweist und durch einen schräg angeordneten Teil 8 mit dem Boden des Ziehbeckens 7 verbunden ist.

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Boden 6 auf kleinen I-Eisen 31 ο ruht, die ihrerseits auf quer laufenden I-Eisen 31 sitzen, welche sich vermittels anderer I-Eisen 31 b auf die Säulen 34 stützen.

Der Boden 6 der Kammer besteht aus feuerfesten Steinblöcken 6 a, die eine Dicke aufweisen, die nur etwa ein Drittel der Dicke der seitlichen Wände 15 beträgt. Diese Seitenwände 15 sind entweder durch Isoliersteine oder durch eine Umhüllung aus Leichtmaterial wärmeisoliert. Die Seitenwände sind z. B. auf zwei Seiten mit einem Polster 30 aus wärmeisolierendem Material (Schlackenwolle, Asbestfasern usw.) umgeben, das in einer Verschalung aus Metallblechen 30a (beispielsweise Aluminiumblechen) ruht.

Unter dem Boden 6 sind Kühlvorrichtungen mit Wasserumlauf angebracht; in Fig. 1 und 2 sind drei Kühler dargestellt, nämlich ein großer Kühler 10 a für den Mittelteil des Bodens und zwei kleine Kühler 10 für die Enden des Bodens. Diese Kühler 10 und 10 a sind aufgehängt. Man kann sie in vertikaler Richtung verschieben und vermittels der Rollen 32, die auf dem quer verlaufenden Eisen 31 befestigt sind, und der Gegengewichte 33 ihre Neigung zur Horizontale ändern. Man kann auf diese Weise die Abkühlung, die diese Kühler auf den Boden 6 durch die Strahlungsabsorption ausüben, variieren.

Der Glasfluß, der die Kammer 2 durchströmt, ist von dem Gewölbe 11 überdacht, das eine doppelte Wärmeisolierung erhält, die aus dem Gewölbe 12 aus feuerfesten Isoliersteinen und einer dicken Lage 13 aus wärmeisolierendem Material, wie z. B. Kieselgur oder Glaswolle, besteht, das seitlich von einer Verschalung 14 gehalten wird.

Die Gewölbe 11 und 12 sind in der klassischen Art und Waise abgestützt.' Der Zwischenraum zwischen den Seitenwänden 15 und dem Gewölbe 11 ist mit durch Keile befestigten Isoliersteinen 35 ausgefüllt. Die Zone der Homogenisierung ist in ihrem Teil 1, der eine große Tiefe aufweist, von dem Gewölbe 16 überdacht, welches die übliche Dicke hat.
- Beim Eintritt in die Kammer 2 stö'ßt dieses Gewölbe gegen das Mauerwerk 17, das auf dem flachen Gewölbe

ίο 18 sitzt.

In Fig. 3 durchströmt der Glasfluß die Kammer 2

zur Änderung des thermischen Gradienten von links

- nach rechts, wie durch den Pfeil / angegeben. Beim

;. Austritt aus der Kammer 2 tritt dieser Glasfluß in das tiefe Ziehbad 19 aus. Ein Teil dieses Glasflusses wird durch Bildung des Glasblattes F verbraucht, das aus der Oberfläche 4 nach dem Pittsburgh-Verfahren über den Ziehbarren 21 gezogen wird. Der Überschuß des Glasflusses strömt durch den Kanal 20 in die Wanne 1 zurück, was durch den Doppelpfeil f schematisch angedeutet wird.

Die wichtigsten Merkmale der Kammer 2 sind eine geringe Tiefe und ein Boden 6 von geringer Dicke, der aus den Steinen 6a und den I-Eisen (Bezugszahl 22) getragen wird, die unter der ganzen Breite der Kammer entlanglaufen, wobei der Boden 6 und die Eisen 22, die ihn tragen, durch Strahlungsaustausch mit den wassergekühlten Rohren 23 gekühlt werden.

Zusätzliche Rohre mit Wasserumlauf können eventuell zwischen den I-Eisen 22 angebracht werden, um die Abkühlung des Bodens 6 zu verstärken.

Die Eisen 22 führen durch Aussparungen 24, die in den Seitenwinden 25 des Mauerwerks zwischen Kanal 20 und Kammer 2 vorgesehen und mit den Verankerungen verbunden sind, während die Rohre 23 durch die Öffnungen 24 a gehen, die in denselben Mauern 25 unterhalb der Steinschichten der Eisen 22 angebracht sind.

Der Rücklaufkanal 20 des Glases wird oben durch den Gewölbebogen 28 begrenzt, der von einer Lage Isoliersteine 29 bedeckt ist, um die Abkühlung zu verringern, die die Rohre 23 auf das Gewölbe 28 und demzufolge auf den Rückstrom ausüben, der in Berührung mit der inneren Gewölberundung fließt.

Der Rücklaufkanal 20 ist nach unten durch die Grundsohle 36 sowie die Seitenwände 37 begrenzt.

Die Mauern 26 und 27 ruhen auf dem Gewölbe bogen 28.

Die Kammer 2 ist wie bei der ersten Art der Ausführung der Erfindung durch ein Gewölbe 11 überdacht, das doppelt wärmeisoliert ist, und zwar durch die Gewölbe 12 aus Isoliersteinen und die dicke Kieselgur- oder Glaswollschicht 13.

Man verringert die Wärmeverluste der Seitenwände 15 der Kammer 2 durch ein Polster aus wärmeisolierendem Material 30, das in. einer metallischen Verschalung 30 α untergebracht ist.

Der eingetauchte Barren 21 weist darauf hin, daß sich Fig. 3 auf das Pittsburgh-Verfahren bezieht. Es ist ferner offensichtlich, daß die in dieser Figur und die in Fig. 4 dargestellte Kammer 2 ebenfalls dazu dienen kann, den thermischen Gradienten des Glasflusses, der das Bad 19 speist, welches auf seiner Oberfläche eine schwimmende Ziehdüse wie beim Fourcault-Verfahren aufweist, zu ändern.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Behandlung des bei einem kontinuierlichen Ziehverfahren zur

Ziehstelle strömenden Glases, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Glasstrom der Wärmeaustausch durch Konvektion derart unterbunden wird, daß bei dem durch eine Kammer geringer Tiefe strömenden Glas die Wärmeabgabe nach oben und nach den Seiten unterbunden, jedoch dem unteren Teil des Glasstromes Wärme von unten, durch den Kammerboden hindurch, entzogen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer vor der Zieh-

stelle angeordneten Kammer geringer Tiefe, gekennzeichnet durch einen aus Steinblöcken (6 a) geringer Dicke bestehenden Boden (6).

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen wärmeisolierten Oberbau der Kammer (12, 13).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch unter dem Kammerboden angeordnete, in ihrer Neigung verstellbare Wasserkühler (10, 10 a).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 560/188 7.58