DE10390814B4 - Vorrichtung zum Dosieren einer Glasschmelze in einem Speiserkanal einer Floatanlage zur Herstellung eines gefloateten Glasbandes - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Dosieren einer Glasschmelze in einem Speiserkanal einer Floatanlage
zur Herstellung eines gefloateten Glasbandes, die mindestens einen
vertikal verstellbaren Sperrschieber aufweist, wobei der Sperrschieber
(20, 30) mit einer elektrischen Heizung versehen ist und auf eine
bestimmte Temperatur einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenoberfläche des
Grundkörpers
(21.1) mit einer Beschichtung aus Platin oder Platinlegierung versehen
ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren einer Glasschmelze in einem Speiserkanal einer Floatanlage zur Herstellung eines gefloateten Glasbandes, die mindestens einen vertikal verstellbaren Sperrschieber aufweist, wobei der Sperrschieber mit einer elektrischen Heizung versehen ist, und auf eine bestimmte Temperatur einstellbar ist.
- Kleine Floatanlagen oder Floatanlagen für Spezialgläser arbeiten mit einem einzigen Sperrschieber (Tweel) mit dem die an das Floatbad weitergeleitete Glasschmelzenmenge eingestellt wird.
- Die Speiserkanäle für Kalk-Natron-Floatanlagen haben üblicher Weise eine freie Oberfläche der Glasschmelze. Bei Spezialgläsern, insbesondere Borosilicatgläsern, ist wegen der selektiven Verdampfung von Glasbestandteilen keine freie Oberfläche der Glasschmelze zulässig. Bei derartigen Speiserkanälen liegt daher der Pegelstand der Glasschmelze ca. 20 bis 50 mm oberhalb der Unterkante der Abdecksteine des Speiserkanals (sogenannte tauchende Abdeckung).
- Die Sperrschieber sind im Speiserkanal vertikal verstellbar aufgehängt. Bei konstanter Kanalbreite kann durch die Veränderung der Sperrschieber-Höhe (Abstand Kanalboden-Unterkante Sperrschieber) der Kanalquerschnitt variiert und damit bei gleicher Glasviskosität die Menge der unter dem Sperrschieber durchfließenden Glasschmelze eingestellt werden.
- Der Sperrschieber besteht in der Regel aus feuerfestem Material. Üblicher Weise wird für den Sperrschieber schlickergegossene und gesinterte Kieselglaskeramik (Fused Silica) verwendet.
- Die Ausgestaltung der Sperrschieber-Unterkante hat großen Einfluss auf die Qualität des gefloateten Glasbandes (Distorsionen, Blasen usw.). Die Unterseite des Sperrschiebers ist in der Regel flach, sie kann jedoch auch konvex gewölbt sein.
- Besteht der Sperrschieber aus Kieselglaskeramik (Fused Silica), dann wird durch die heiße Glasschmelze dessen Unterseite, d. h. die in die Glasschmelze eingeführte Unterseite, stark korrodiert. Durch die Korrosion wird die Oberflächengeometrie des Sperrschiebers verändert (Korrosionsprofile, stärkerer Abtrag in der Mitte des Sperrschiebers, schwächerer Abtrag an dessen Außenseiten).
- Die Glasqualität des gefloateten Glases wird mit zunehmender Laufzeit des Sperrschiebers schlechter (Distorsionen, Blasen usw.). Insbesondere bei hochschmelzenden Borosilicatgläsern (alkalifrei. alkaliarm) oder Aluminosilicatgläsern ist die Standzeit der Sperrschieber aus Kieselglaskeramik sehr gering. Bei hochschmelzenden, aggressiven Gläsern hat man schon versucht, die Standzeit durch eine Beschichtung des Keramik-Sperrschiebers aus einer Edelmetall-Legierung, beispielsweise Pt oder Pt/Rh 10, zu erhöhen. Die Standzeit wird dabei besonders bei den üblichen Temperaturen der Glasschmelze von 1200 bis 1400° C für ausreichend befunden.
- Ein Sperrschieber mit einer Beschichtung aus einer Legierung mit Platin und 10 Gew. % Rhodium oder anderen Edelmetall-Legierungen hat den Nachteil, dass das Beschichtungsmaterial eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Dies führt dazu, dass es bei dem Sperrschieber vor allen Dingen an den Seiten und „Ecken" zu Kristallisationen und Entglasungen kommt. Durch ein primär nicht beeinflussbares Temperaturprofil am Sperrschieber kann es bei Änderungen der Prozessparameter, wie z. B. dem Durchsatz, zu einer Beeinträchtigung der Oberflächenqualität kommen, da der Sperrschieber das letzte Aggretatteil ist, das vor dem Floatbad direkt in die Glasschmelze eintaucht.
- Bei den notwendigen Wechseln der Sperrschieber kann es zu „Verklebungen" mit dem Speiserkanal kommen, so dass es im Extermfall zu einer Beschädigung der Kanalsteine kommen kann. Beim erstmaligen Anziehen oder erneuten Anziehen des Sperrschiebers nach einem Bandriss vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit für einen derartigen Schaden.
- Bei den bekannten Floatanlagen besteht am Sperrschieber selbst nur Möglichkeit, die eingestellte Höhe des Sperrschiebers zu verändern. Die Temperatur des Sperrschiebers wird sich aufgrund der Prozessparameter mehr oder weniger selbst einstellen. Sie ist eine Folge der Glasschmelzen-Temperatur, des Durchsatzes und der Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Materialien.
- In der
US 3,576,612 ist eine Glasfertigungseinrichtung mit einer Vorrichtung zum Dosieren einer Glasschmelze mit einem Tweel beschrieben. Das Tweel ist aus einem massiven quaderförmigen Grundkörper gebildet. Er weist eine Konvex gewölbte Glasdurchlaufseite auf. Im Bereich der Glasdurchlaufseite ist eine, den Grundkörper durchsetzende Querbohrung 18 eingebracht. In die Querbohrung ist als Heizung ein spiralförmig gewendelter Heizdraht eingebracht. Während des Betriebseinsatzes bringt die Heizung Wärmeleistung in das Material des Grundkörpers ein, so dass sich insbesondere die Glasdurchlaufseite erwärmt. Dies dient dazu, die Auskühlung des Glasmaterials unterhalb der Glasdurchlaufseite zu verhindern. Typischer Weise haben die feuerfesten Grundkörper des Tweels eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Typische Grundkörper aus Fused cast Silica haben beispielsweise eine Leitfähigkeit von nur 1,5 (W/m· k). Dementsprechend kann eine homogene Temperaturverteilung auf der Kontaktoberfläche des Tweels zum Glas im Bereich der Glasdurchflussseite nicht erreicht werden. - In den Bereichen, in denen sich lokal eine niedrigere Temperatur einstellt, wird das Glas eine stärkere Abrasion am Tweel bewirken, als in den Zonen mit höherer Temperatur. Dies wird insbesondere noch durch das Benetzungsverhalten des Glases unterstützt, da das Glas das Material des Tweels stark benetzt.
- Das bekannte Tweel hat daher die Tendenz, entlang der Glasdurchflussseite unterschiedlich stark zu verschließen. Dies führt dann zu einer Beeinträchtigung der Qualität des gefertigten Glases.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der negative Beeinträchtigungen der Oberflächenqualität des gefloateten Glasbandes durch die infolge von Prozessparametern beeinflusste Temperatur am Sperrschieber (Tweel) vermieden sind.
- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Demgemäß ist es vorgesehen, dass die Außenoberfläche des Grundkörpers mit einer Beschichtung (im Folgenden allgemein „Überzug" genannt) aus Platin oder eine Platinlegierung versehen ist.
- Die Beschichtung hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von ca. 40 (W/m·k). Damit ermöglicht die Beschichtung die Ausbildung einer gleichmäßigen Temperatur im Glaskontaktbereich. Darüber hinaus hat das Glas gegenüber der Beschichtung eine geringe Benetzungsneigung, so dass diese Eigenschaftsverbindung für den vorliegenden Anwendungsfall zu einem deutlich verbesserten Verschleißverhalten führt.
- Der Sperrschieber kann dabei aus einem feuerfesten Grundkörper, der indirekt oder direkt aufheizbar ist, bestehen. Gemäß einer möglichen Erfindungsvariante kann er aus schlickergegossener und gesinterter Kieselglaskeramik (Fused Silica) bestehen.
- Bei einer indirekten Aufheizung ist vorgesehen, dass der Grundkörper taschenförmig und hohl ausgebildet ist und mindestens ein Strahlungsheizelement aufnimmt. Gemäß einer denkbaren Erfindungsalternative kann die Platinlegierung als Legierungsbestandteil 5 Gew. % Gold aufweisen.
- Erfindungsgemäß kann eine Gestaltung derart sein, dass das Strahlungsheizelement die Innenoberfläche des Grundkörpers aufheizt. Die Beschichtung des Sperrschiebers, d. h. seines Grundkörpers, erstreckt sich über die maximale Eintauchtiefe des Sperrschiebers in die Glasschmelze im Speiserkanal.
- Die Strahlungsheizung kann in Form von Strahlungsheizelementen mit unterschiedlicher Heizleistung zur Verfügung gestellt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Heizleistung einstellbar und/oder regelbar zu machen. Auch die Wahl unterschiedlicher Feuerfestmaterialien und der Aufbau des Grundkörpers, insbesondere der Wandstärke der verwendeten Elemente, können als weitere Maßnahmen zur Einstellung eines bestimmten und gleichmäßigen Temperaturprofils auf der Außenoberfläche des Sperrschiebers verwendet werden.
- Bei dem beschichteten Sperrschieber kann über die Wahl der Schichtdicke, des Be deckungsgrades auf dem Grundkörper und die Rauhigkeit der Beschichtung das Temperaturprofil beeinflusst werden.
- Sinnvoll ist, bei der Auslegung der Beheizung eine mathematische Simulation durchzuführen, um alle denkbaren Prozesszustände abzubilden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass auf den beiden Seiten des Sperrschiebers, die quer zum Glasschmelzenfluss verlaufen, unterschiedliche Bedingungen auftreten und berücksichtigt werden müssen. So ist z. B. der Glasstand und damit die Benetzung mit Glasschmelze aufgrund des Druckverlustes im Sperrschieber unterschiedlich. Bei einem abgedeckten Speiserkanal ist der Wärmeübergang auf und von der Sperrschieberoberfläche primär konvektiv, während er auf der dem Floatbad zugekehrten Seite mehr durch die Strahlung dominiert ist.
- Die Einstellung des Temperaturprofils kann auch durch direkte Beheizung des Sperrschiebers erfolgen. In diesem Fall ist der Sperrschieber mit einer Edelmetall-Beschichtung, beispielsweise aus Platin oder Platinlegierung, versehen. Auf dem Grundkörper ist ein U-förmiges Heizelement aufgebracht. Dabei ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der Grundkörper im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist und das U-förmige Heizelement trägt, dessen Seitenschenkel auf den vertikalen Schmalseiten des Grundkörpers und dessen Mittelschenkel auf dem unteren Bereich des Grundkörpers aufgebracht sind.
- Die Stromzuführung erfolgt dabei in einfachster Weise dadurch, dass die Seitenschenkel des Heizelementes im Bereich der Oberkante des Sperrschiebers als Anschlusskontakte ausgebildet sind.
- Das Heizelement kann dabei die Funktion der Beschichtung zur Reduzierung der Benetzung übernehmen, wenn die Ausgestaltung weiterhin so vorgenommen ist, dass sich der Mittelschenkel des Heizelementes als Beschichtung aus Platin oder einer Legierung aus Platin über die maximale Eintauchtiefe des Sperrschiebers in die Glasschmelze erstreckt. Die Aufnahme des Grundkörpers im Heizelement kann so gelöst sein, dass die Unterkante des Grundkörpers konvex gewölbt ist und von einem taschenförmigen Mittelschenkel des U-förmigen Heizelementes aufgenommen ist.
- Für die Ausgestaltung und Wahl der Elemente für den Grundkörper gelten dieselben Maßnahmen, wie bei einem indirekt beheizten Sperrschieber.
- Weitere Beeinflussungsmöglichkeiten für das Temperaturprofil auf der Außenoberfläche des Sperrschiebers sind unterschiedliche Blechdicken des U-förmigen Heizelementes, der Bedeckungsgrad der Beschichtung auf dem Grundkörper, die Position und Ausrichtung der Beschichtung, die unterschiedliche Rauhigkeit der Verkleidungsoberfläche und verschiedene Stromeinspeisungen in das Heizelement.
- Bei einem Ausführungsbeispiel eines Sperrschiebers mit einer Breite B = 500 mm, einer Länge der Beschichtung von L = 400 mm und einer Dicke derselben von d = 1 mm ergibt sich bei einer Temperatur von 1300° C und einem spezifischen elektrischen Widerstand von 5·10–5 Ω/cm ein
Widerstand R von 6,25·10–4 Ω. - Bei einer realistischen Leistungsfreisetzung von ca. 10 KW muss an den Anschlusskontakten des Heizelementes ein Strom I = 4000 A bei einer Spannung von U = 2,5 V eingespeist werden. Die Parameter für eine direkte Beheizung eines Sperrschiebers werden sinnvollerweise wie folgt festgelegt:
Sperrschieberbreite 100–2000 mm, vorzugsweise 300–1000 mm Dicke der Beschichtung 0,2–5 mm, vorzugsweise 0,7–2 mm Heizleistung bis 50 KW, vorzugsweise 5–20 KW. - Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Floatanlage zur Herstellung von Floatglas im Übergangsbereich des Speiserkanals mit zwei Sperrschiebern zum Floatbad, -
2 einen vereinfachten Querschnitt durch einen indirekt beheizten Sperrschieber und -
3 in perspektivischer Ansicht einen Sperrschieber mit Grundkörper und aufgebrachtem, elektrischem Heizelement. - Wie das Prinzipschaltbild nach
1 zeigt, wird das Glas in einer Glasschmelzwanne10 erschmolzen und einem Speiserkanal11 zugeführt, in dem die geläuterte Glasschmelze12 mit einem einem Überlaufstein13 zugekehrten Sperrschieber20 dosierbar ist. Dem Überlaufstein13 abgekehrt ist ein weiterer Sperrschieber30 im Speiserkanal11 angeordnet, mit dem der Glasfluss im Speiserkanal11 freigehbar oder unterbrechbar ist. - Der Überlaufstein
13 ist auf der Anfangswand14 eines Floatbades angeordnet, das mit Bodenelementen15 angedeutet ist und ein Bad16 aus flüssigem Zinn aufnimmt. Die Glasschmelze12 fließt über den Überlaufstein13 in das Floatbad auf das flüssige Zinn und bildet ein kontinuierliches Glasband18 aus, welches über nicht dargestellte Ausziehrollen aus dem Floatbad gezogen wird. Der Übergangsbereich zwischen dem Überlaufstein13 und dem Floatbad ist mittels einer Abdeckung17 abgedeckt. - Wie der Schnitt nach
2 zeigt, kann ein Sperrschieber20 oder30 indirekt beheizt und so auf eine definierte Temperatur auf der Außenoberfläche des Grundkörpers21.1 gebracht werden. Der Grundkörper21.1 wird aus feuerfesten Elementen zusammengesetzt und bildet dann einen taschenförmigen, hohlen Sperrschieber20 , in den ein Strahlungsheizelement22.1 eingesetzt ist. Die Innenoberfläche des Sperrschiebers wird vom Strahlungsheizelement22.1 nicht berührt und durch Strahlungswärme aufgeheizt. Die Wärme passiert den Grundkörper21.1 , so dass dessen Außenoberfläche ein definiertes Temperaturprofil annimmt und so die Voraussetzungen geschaffen sind, damit Temperaturänderungen am Sperrschieber die Oberflächenqualität des gefloateten Glasbandes nicht beeinträchtigen. Zur Verbesserung kann der Grundkörper21.1 des Sperrschiebers20 , der aus Kostengründen vorzugsweise aus schlickergegossener und gesinterter Kieselglaskeramik (Fused Silica) besteht, mit einer Edelmetall-Beschichtung versehen sein, die sich über die maximale Eintauchtiefe des Sperrschiebers20 in die Glasschmelze12 im Speiserkanal11 erstreckt und die Benetzung dieses Oberflächenbereiches des Sperrschiebers20 mit Glasschmelze12 reduziert. - Es ist leicht einzusehen, dass das Temperaturprofil auf der Außenoberfläche des Sperrschiebers
20 nach2 durch den konstruktiven Aufbau des Grundkörpers21.1 , durch die Wahl der Feuerfestmaterialien für den Grundkörper21.1 , durch die Dicke der Elemente des Grundkörpers21.1 und durch die Heizleistung des Strahlungsheizelementes22.1 beeinflusst werden können. Selbstverständlich hat auch die Edelmetall-Beschichtung des Sperrschiebers20 einen Einfluss auf das Temperaturprofil des Sperrschiebers20 . - Der Grundkörper
21.1 . kann auch einstückig schlickergegossen sein. Ferner kann der Grundkörper aus einem massiven Block bestehen, in den gegebenenfalls unterschiedlich lange Bohrungen eingebracht sind, in denen Heizelemente, zum Beispiel Kontakt- oder Strahlungsheizelemente, angeordnet sind. Die Heizelemente können auch bei der Herstellung des Grundkörpers eingegossen werden. - Die perspektivische Ansicht nach
3 zeigt einen direkt beheizten Sperrschieber20 , der einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper21.2 aus schlickergegossener und gesinterter Kieselglaskeramik (Fused Silica) aufweist. Dieser Sperrschieber20 erstreckt sich wieder über die gesamte Breite des Speiserkanals11 und wird über die Aufhängevorrichtung25 (1 ) vertikal verstellt. Auf dem Grundkörper21.2 ist ein U-förmiges, elektrisches Heizelement22.2 aufgebracht. Dabei sind die Seitenschenkel22.3 und22.5 des Heizelementes22.2 auf den Parallel zum Glasschmelzenfluss ausgerichteten Schmalseitenwänden des Grundkörpers21.2 aufgebracht, die im Bereich der Oberkante am Sperrschieber20 vorstehen und als Anschlusskontakte23 und24 für die Stromeinspeisung ausgebildet sind. Die beiden Seitenschenkel22.3 und22.5 sind im Bereich der Unterkante des Grundkörpers21.2 mittels eines Mittelschenkels22.4 miteinander verbunden, der taschenförmig ausgebildet ist und den konvex gewölbten unteren Bereich des Grundkörpers21.2 aufnimmt. Dieser Mittelschenkel22.4 kann gleichzeitig als Beschichtung dienen, wenn er sich über die maximale Eintauchtiefe des Sperrschiebers20 erstreckt. Bei diesem Heizelement22.2 können die Dicke der Schenkel, der Bedeckungsgrad des Mittelschenkels22.4 und der zugeführte Strom als Beeinflussungsparameter für das Temperaturprofil auf der Außenoberfläche des Sperrschiebers20 verwendet werden, wobei der Mittelschenkel22.4 des Heizelementes22.2 als Beschichtung ausgenützt wird und die Benetzung des Sperrschiebers20 mit Glasschmelze12 reduziert und so die Oberflächenqualität des gefloateten Glasbandes verbessert.
Claims (14)
- Vorrichtung zum Dosieren einer Glasschmelze in einem Speiserkanal einer Floatanlage zur Herstellung eines gefloateten Glasbandes, die mindestens einen vertikal verstellbaren Sperrschieber aufweist, wobei der Sperrschieber (
20 ,30 ) mit einer elektrischen Heizung versehen ist und auf eine bestimmte Temperatur einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche des Grundkörpers (21.1 ) mit einer Beschichtung aus Platin oder Platinlegierung versehen ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrschieber (
20 ,30 ) aus einem feuerfesten Grundköper (21.1 ,21.2 ) besteht, der indirekt und/oder direkt aufheizbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (
21.1 ) taschenförmig und hohl ausgebildet ist und mindestens ein Strahlungsheizelement (22.1 ) aufnimmt. - Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (
21.2 ) ein elektrisch aufheizbares Heizelement (22.2 ) aufgebracht ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (
21.1 ,21.2 ) aus schlickergegossener und gesinterter Kieselglaskeramik besteht. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung auf der Außenoberfläche des Grundkörpers (
21.1 ) über die maximale Eintauchtiefe des Sperrschiebers (20 ,30 ) in die Glasschmelze (12 ) erstreckt. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (
21.2 ) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist und das U-förmige Heizelement (22.2 ) trägt, dessen Seitenschenkel (22.3 und22.5 ) auf den vertikalen Schmalseiten des Grundkörpers (21.2 ) und dessen Mittelschenkel (22.4 ) auf dem unteren Bereich des Grundkörpers (21.2 ) aufgebracht sind. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenschenkel (
22.3 ,22.5 ) des Heizelementes (22.2 ) im Bereich der Oberkante des Sperrschiebers (20 ) als Anschlusskontakte (23 ,24 ) ausgebildet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelschenkel (
22.4 ) des Heizelementes (22.2 ) als Beschichtung, bestehend aus Platin oder Platinlegierung, sich mindestens über die maximale Eintauchtiefe des Sperrschiebers (20 ) in die Glasschmelze (12 ) erstreckt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkante des Grundkörpers (
21.2 ) konvex gewölbt ist und von einem taschenförmigen Mittelschenkel (23.4 ) des U-förmigen Heizelementes (22.2 ) aufgenommen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Strahlungsheizelementes (
22.1 ) im Sperrschieber (20 ,30 ) oder das elektrische Heizelement auf dem Sperrschieber (20 ,30 ) einstellbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (
21.1 ,21.2 ) des Sperrschiebers (20 ,30 ) aus unterschiedlichen Feuerfestmaterialien in verschiedenem Aufbau und/oder mit unterschiedlicher Dicke aufgebaut ist. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das U-förmige Heizelement (
22.2 ) in unterschiedlicher Schichtdicke, mit verschiedenem Bedeckungsgrad auf der Außenoberfläche des Sperrschiebers (20 ,30 ), mit unterschiedlicher Rauhigkeit und/oder mit verschiedener Stromeinspeisung ausgelegt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das U-förmige Heizelement (
22.2 ) eine Dicke von 0,2 bis 5 mm, vorzugsweise 0,7 bis 2 mm, aufweist.
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